Chimie
Acide hypochloreux
Nom de l'UICPA : Acide hypochloreux, acide chlorique (I), chloranol, hydroxidochlorine
Autres noms : Hypochlorite d'hydrogène, hydroxyde de chlore, eau électrolysée, eau oxydante électrolysée, eau électro-activée
Numero CAS : 7790-92-3
Masse molaire : 52.46 g/mol
Formule moléculaire : HOCl
Apparence : Solution aqueuse incolore
solubilité dans l'eau : Soluble
Acidité : 7.53
Électrolyse
En chimie et en fabrication, l'électrolyse est une technique qui utilise un courant électrique continu (DC) pour entraîner une réaction chimique par ailleurs non spontanée. L'électrolyse est commercialement importante en tant qu'étape dans la séparation des éléments des sources naturelles. L'électrolyse du chlorure de sodium (NaCl) et de l'eau (H2O) peut être utilisée pour générer de l'acide hypochloreux. La technologie de l'électrolyse a été expliquée la première fois par Michael Farraday quand il a développé les lois de l'électrolyse dans les années 1830. Conduire le courant électrique à travers deux électrodes dans une solution saline de sel peut produire du chlore gazeux, l'hypochlorite de sodium (eau de Javel ou NaOCl), l'acide hypochloreux, l'hydroxyde de sodium, l'hydrogène gazeux, l'ozone et des traces d'autres oxydants naissants.
Le processus clé de l'électrolyse est l'échange d'atomes et d'ions par le retrait ou l'ajout d'électrons du circuit externe. Un potentiel électrique est appliqué à travers une paire d'électrodes immergées dans l'électrolyte. Chaque électrode attire les ions qui sont de la charge opposée. Les ions (cations) chargés positivement se déplacent vers la cathode (négative) fournissant des électrons. Les ions (anions) chargés négativement se déplacent vers l'anode (positive) d'extraction d'électrons. En chimie, la perte d'électrons est appelée oxydation, alors que le gain d'électrons est appelé réduction.
Par exemple, la première étape dans la fabrication de l'acide hypochloreux est l'électrolyse d'une saumure d'eau salée pour produire de l'hydrogène et du chlore, les produits sont gazeux. Ces produits gazeux s'échappent de l'électrolyte et sont recueillis.
2 NaCl(s) + 2 H20(l) → 2 NaOH(aq) + H2(g) + Cl2(g)
Technologie de la membrane cellulaire
La membrane échangeuse d'ions est fabriquée à partir d'un polymère qui ne laisse passer que des ions positifs. Cela signifie que seuls les ions sodium provenant de la solution de chlorure de sodium peuvent traverser la membrane, et non les ions chlorure. L'avantage est que la solution d'hydroxyde de sodium formée dans le compartiment de droite n'est jamais contaminée par une solution quelconque de chlorure de sodium. La solution de chlorure de sodium utilisée doit être pure. S'il contenait d'autres ions métalliques, ceux-ci traverseraient également la membrane et contamineraient ainsi la solution d'hydroxyde de sodium.
L'hydrogène est produit à la cathode :
2H+(aq) + 2e- → H2(g)
L'hydroxyde de sodium est produit à la cathode :
Na+(aq) + OH-(aq) → NaOH(aq)
Le chlore est produit à l'anode :
2Cl-(aq) - 2e- → Cl2(g)
Il est contaminé par de l'oxygène à cause de la réaction :
4OH-(aq) - 4e- → 2H2O(l) + O2(g)
L'addition de chlore à l'eau donne à la fois de l'acide chlorhydrique (HCl) et de l'acide hypochloreux (HOCl) :
Cl2(g) + H2O ⇌ HOCl(aq) + HCl(aq)
Cl2(g) + 4 OH− ⇌ 2 ClO-(aq) + 2 H2O(l) + 2 e−
Cl2(g) + 2 e− ⇌ 2 Cl-(aq)
Le pH dicte les espèces de chlore libre présentes dans les solutions aqueuses. A un pH compris entre 5 et 6, l'espèce chlore est presque 100% d'acide hypochloreux (HOCl). Lorsque le pH descend en dessous de 5, il commence à se transformer en Cl2 (chlore gazeux). Au-dessus d'un pH de 6, il commence à se convertir en l'ion hypochlorite (OCl-).
L'acide hypochloreux est un acide faible (pKa d'environ 7,5), ce qui signifie qu'il se dissocie légèrement en les ions hydrogène et hypochlorite comme indiqué dans l'équation: : HOCl ⇌ H+ + OCl-
Entre un pH de 6,5 et 8,5, cette dissociation est incomplète et les espèces HOCl et OCl- sont présentes dans une certaine mesure. En dessous d'un pH de 6,5, aucune dissociation de HOCl ne se produit, alors qu'au-dessus d'un pH de 8,5, une dissociation complète en OCl- se produit.
Comme les effets germicides de HOCl sont beaucoup plus élevés que ceux de OCl-, une chloration à un pH plus bas est préférée. L'efficacité germicide de l'acide hypochloreux (HOCl) est beaucoup plus élevée que celle de l'ion hypochlorite (OCl-). La distribution des espèces de chlore entre HOCl et OCl- est déterminée par le pH, comme discuté ci-dessus.
Parce que HOCl domine à faible pH, la chloration fournit une désinfection plus efficace à un pH bas. À pH élevé, OCl- domine, ce qui entraîne une diminution de l'efficacité de la désinfection.
Inactivation des bactéries
Le chlore est un désinfectant extrêmement efficace pour inactiver les bactéries. Une étude menée durant les années 1940 a étudié les niveaux d'inactivation en fonction du temps pour E. coli, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella typhi et Shigella dysenteriae. (Butterfield et al., 1943). Les résultats de l'étude ont indiqué que HOCl est plus efficace que OCl- pour l'inactivation de ces bactéries. Ces résultats ont été confirmés par plusieurs chercheurs qui ont conclu que HOCl est 70 à 80 fois plus efficace que OCl- pour inactiver les bactéries (Culp/Wesner/Culp, 1986). Depuis 1986, des centaines de publications ont confirmé la supériorité de HOCl sur OCl- (visiter la base de données ).
Ce plus grand défi a été de créer de l'acide hypochloreux à un pH presque neutre au lieu du chlore gazeux ou de l'hypochlorite, et de le faire sous une forme stable. L'acide hypochloreux est une molécule métastable. Il veut revenir à l'eau salée ou se convertir en hypochlorite.
Technologie à cellule unique
L'un des plus grands progrès a été le développement de la technologie à cellule unique où un seul flux de chlore libre est généré sans un sous-produit de l'hydroxyde de sodium (NaOH). Cette technologie a conduit au développement de solutions plus stables d'acide hypochloreux et a permis un meilleur contrôle du pH du chlore libre généré. Puisque le pH de l'eau est différent selon sa source à travers le monde, La modification du pH de la saumure permet un meilleur contrôle et une plus grande cohérence dans la production d'une solution de chlore libre entre pH 5 et 7 qui est dominée par l'acide hypochloreux (HOCl).
Réaction d'anode :
2Cl-(l) → Cl2(g) + 2e-
Réaction cathodique :
2H2O(l) + 2e- → H2(g) + 2OH- (aq)
Génération de chlore libre :
Cl2 (g) + H2O → HOCl + HCl
Cl2 (g) + 2OH-(aq) → OCl- (aq) + Cl-(aq) + H2O(l)
