હાઇડ્રોજન પેરૉક્સાઇડ (hydrogen peroxide)

હાઇડ્રોજન પેરૉક્સાઇડ (hydrogen peroxide) : હાઇડ્રોજન અને ઑક્સિજન તત્વોનું બનેલું દ્વિઅંગી સંયોજન. અણુસૂત્ર H₂O₂. સંરચનાકીય સૂત્ર H–O–O–H. કુદરતમાં ઘણું કરીને તે અલ્પ પ્રમાણમાં વરસાદી તથા કુદરતી બરફમાં મળી આવે છે. આંતરતારાકીય (interstellar) અવકાશમાં તે પારખી શકાયું નથી. 1818માં ફ્રેંચ રસાયણજ્ઞ લૂઇ-જેક્સ થેનાર્ડે તેની શોધ કરેલી અને તેને eau oxygenee નામ આપેલું. પાણી અને ઑક્સિજનમાં વિઘટન પામવું એ તેનું સૌથી વધુ નોંધપાત્ર લક્ષણ છે – જે સંપર્ક-ઉદ્દીપન(contact catalysis)નું પ્રથમ અવલોકિત ઉદાહરણ છે.

ઉત્પાદન : પ્રયોગશાળામાં હાઇડ્રોજન પેરૉક્સાઇડનું ઉત્પાદન બેરિયમ પેરૉક્સાઇડ ઉપર ઠંડા (0° સે.) સલ્ફ્યુરિક ઍસિડની પ્રક્રિયા વડે કરી શકાય છે :

BaO₂ + H₂SO₄ → BaSO₄ + H₂O₂

અદ્રાવ્ય બેરિયમ સલ્ફેટને ગાળી લઈ ગાળણનું નીચા દબાણે બાષ્પીભવન કરતાં પાણી દૂર થઈ H₂O₂નું 30 %નું દ્રાવણ મળે છે. જેને સુપરૉક્ઝૉલ (superoxol) અથવા પરહાઇડ્રૉલ (perhydrol) કહે છે. ઘરગથ્થુ વપરાશના દ્રાવણમાં 3 % H₂O₂ હોય છે.

વ્યાપારી ધોરણે હાઇડ્રોજન પેરૉક્સાઇડના ઉત્પાદન માટે વીજરાસાયણિક (electrochemical) અથવા વીજાપઘટની (electrolytic) પદ્ધતિનો ઉપયોગ થાય છે. આ વિધિમાં સલ્ફ્યુરિક ઍસિડ અથવા ઍસિડી એમોનિયમ (કે પોટૅશિયમ) બાઇસલ્ફેટ (H₂SO₄, NH₄HSO₄) કે (H₂SO₄, KHSO₄)નું વિદ્યુતવિભાજન કરવામાં આવે છે. પ્લૅટિનમના ધનધ્રુવ ઉપર મધ્યવર્તી સંયોજન રૂપે પરસલ્ફ્યુરિક ઍસિડ (પેરૉક્સિડાઇસલ્ફેટ, H₂S₂O₈) છૂટો પડે છે જેનું 60°થી 100° સે.એ જલવિભાજન થતાં હાઇડ્રોજન પેરૉક્સાઇડ અને સલ્ફ્યુરિક ઍસિડ મળે છે. ઍસિડ ફરીથી વિદ્યુતવિભાજન માટે વપરાય છે :

2H₂SO₄ → H₂ + H₂S₂O₈ (પરસલ્ફ્યુરિક ઍસિડ)

H₂S₂O₈ + H₂O ⇌ H₂SO₄ + H₂SO₅ [કેરો(caro)નો ઍસિડ]

H₂SO₅ + H₂O ⇌ H₂SO₄ + H₂O₂

અથવા

H₂S₂O₈ + 2H₂O → 2H₂SO₄ + H₂O₂

આ વિધિમાં વિદ્યુતવિભાજ્ય (electrolyte) સતત શુદ્ધ કરવું જરૂરી છે.

હાઇડ્રોજન પેરૉક્સાઇડના ઉત્પાદન માટે 1957 પછી પ્રસ્થાપિત થયેલાં બધાં સયંત્રો એન્થ્રાક્વિનૉનની સ્વત:ઉપચયનવિધિ પર આધારિત છે. આ પદ્ધતિમાં આલ્કીલ (alkyl) એન્થ્રાક્વિનૉન વ્યુત્પન્ન(દા. ત., 2-ઇથાઇલએન્થ્રાક્વિનૉન)ને યોગ્ય દ્રાવકમાં ઓગાળી પેલેડિયમ કે પ્લૅટિનમ ઉદ્દીપકની હાજરીમાં તેનું હાઇડ્રોજન વડે વાતાવરણના દબાણે અપચયન કરવાથી આલ્કીલએન્થ્રા-હાઇડ્રોક્વિનૉન મળે છે. આનું હવામાંના ઑક્સિજન વડે ઉપચયન કરવાથી H₂O₂ અને આલ્કીલએન્થ્રાક્વિનૉન ફરીથી ઉપયોગ માટે પ્રાપ્ત થાય છે. પ્રક્રિયાઓ નીચે પ્રમાણે દર્શાવી શકાય :

આઇસોપ્રોપાઇલ આલ્કોહૉલનું સમધારણ (moderate) તાપમાને અને દબાણે ઉપચયન કરવાથી પણ H₂O₂ અને તેની સાથે સહનીપજ (coproduct) રૂપે એસિટોન મળે છે.

(CH₃)2CHOH + O₂ → (CH₃)₂CO + H₂O₂

એસિટોન અને પ્રક્રિયા પામ્યા વિનાના આલ્કોહોલને નિસ્યંદન વડે અલગ પાડી અવશિષ્ટ (residual) H₂O₂નું સંકેન્દ્રણ કરવામાં આવે છે.

ગુણધર્મો : નિર્જળ H₂O₂ પારદર્શક (clear), રંગવિહીન કે આછા ભૂરા રંગનું શ્યાન (viscous) અને અસ્થાયી પ્રવાહી છે. પાણી અને આલ્કોહૉલમાં તે દ્રાવ્ય છે. અણુભાર 34; ઘનતા 1.442 ગ્રા./ઘ.સેમી. (25° સે.); શ્યાનતા 1.245 સેન્ટિપોઇઝ; પૃષ્ઠતાણ 80.4 ડાઇન (dynes)/સેમી. (20° સે.); ગ.બિં. –0.89° સે.; ઉ.બિં. 151.4° સે. પાણીની માફક તેના અણુઓ પણ હાઇડ્રોજન-બંધ (hydrogen bond) દ્વારા પ્રબળ રીતે જોડાયેલા હોય છે. પ્રવાહી H₂O₂નું ગણનાપાત્ર (considerable) અતિશીતન (supercooling) કરવાથી સોયાકાર સ્ફટિકોમાં ઠારણ થાય છે.

પ્રકાશ અથવા ધાતુ-આયનોની હાજરીમાં તેનું પાણી અને ઑક્સિજનમાં વિઘટન થાય છે. આમ ન થાય તે માટે તેમાં નિરોધક (inhibitor) તરીકે થોડાક પ્રમાણમાં એસિટેનિલાઇડ (acetanilide) કે સોડિયમ સ્ટેનેટ ઉમેરવામાં આવે છે જે પેરૉક્સાઇડમાં સૂક્ષ્મ પ્રમાણમાં રહેલી આયર્ન, કૉપર, મગેનીઝ, નિકલ કે અન્ય ભારે ધાતુઓની ઉદ્દીપકીય અસરનો પ્રતિકાર કરે છે.

હાઇડ્રોજન પેરૉક્સાઇડ ઉષ્માશોષક પ્રક્રિયા દ્વારા બનેલો પદાર્થ હોઈ અસ્થિર છે અને પાણી, ઑક્સિજન તથા ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે.

2H₂O₂ → 2H₂O + O₂ + 46,200 કૅલરી

આમ તે પ્રબળ ઉપચાયક તરીકે વર્તે છે; ઉદાહરણ તરીકે,

(i) કાળા લેડસલ્ફાઇડને તે લેડસલ્ફેટમાં ફેરવે છે :

PbS + 4H₂O₂ → PbSO₄ + 4H₂O

(ii) સલ્ફ્યુરસ ઍસિડ (H₂SO₃), સોડિયમ નાઇટ્રાઇટ (NaNO₂), હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડ (H₂S), આર્સેનિયમ ઍસિડ (H₃AsO₃) વગેરેનું તે ઉપચયન કરે છે :

H₂SO₃ + H₂O₂ → H₂SO₄ + H₂O

NaNO₂ + H₂O₂ → NaNO₃ + H₂O

H₃A₅O₃ + H₂O₂ → H₃A₅O₄ + H₂O

(iii) KI અને HI(હાઇડ્રિયૉડિક ઍસિડ)માંથી આયોડિન મુક્ત કરે છે જે સ્ટાર્ચ-પેપર વડે પારખી શકાય છે :

2KI + H₂O₂ → 2KOH + I₂

હાઇડ્રોજન પેરૉક્સાઇડ ઉપચયનકારક ઉપરાંત અપચયનકારક (reductant) તરીકે પણ વર્તે છે; દા. ત.,

PbO₂ (લેડ ડાયૉક્સાઇડ) + H₂O₂ → PbO + H₂O + O₂

O₃ (ઓઝોન) + H₂O₂ → H₂O + 2O₂

Ag₂O (સિલ્વર ઑક્સાઇડ) + H₂O₂↓

2Ag (સિલ્વર) + H₂O + O₂

ઍસિડિક પોટૅશિયમ પરમેન્ગેનેટના દ્રાવણ સાથે પ્રક્રિયા કરી તે દ્રાવણને રંગવિહીન બનાવે છે :

2KMnO₄ + 3H₂SO₄ + 5H₂O₂ → K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 8H₂O + 5O₂

આ પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ હાઇડ્રોજન પેરૉક્સાઇડના પરિમાપન (estimation) માટે થાય છે.

પોટૅશિયમ ડાઇક્રોમેટ(K₂Cr₂O₇)ના ઍસિડિક દ્રાવણ સાથે તે ઘેરા ભૂરા રંગનો પરક્રોમિક ઍસિડ (2HCrO₄) આપે છે, જે અસ્થાયી હોય છે અને થોડો સમય જ ટકી શકે છે :

K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ + H₂O₂ → 2HCrO₄ + K₂SO₄ + H₂O

2HCrO₄ + 3H₂SO₄ → Cr₂(SO₄)₃ + 4H₂O + 2O₂

આમ સંપૂર્ણ પ્રક્રિયા નીચે પ્રમાણે થાય :

K₂Cr₂O₇ + 4H₂SO₄ + H₂O₂ → K₂SO₄ + Cr₂(SO₄)₃ + 5H₂O + 2O₂

આથી જો પ્રક્રિયા શરૂ થાય કે તરત જ દ્રાવણમાં ઈથર ઉમેરવામાં આવે તો પરક્રોમિક ઍસિડ ઈથરમાં દ્રાવ્ય થઈ જાય છે અને ઈથર પાણી સાથે અમિય હોઈ ઘેરા ભૂરા રંગનું ઈથરીય દ્રાવણ ઉપર તરે છે. આ પ્રક્રિયા H₂O₂ની કસોટી માટે વપરાય છે. 30,000 ભાગ પાણીમાં એક ભાગ H₂O₂ હોય તોપણ આ કસોટી શક્ય બને છે.

ઍસિડિક જલીય ટાઇટેનિયમ સલ્ફેટના દ્રાવણ સાથે H₂O₂ની પ્રક્રિયા પીળા રંગનો સંકીર્ણ આપે છે. H₂O₂ માટે આ સૌથી વધુ વિશિષ્ટ અને સંવેદનશીલ કસોટી છે.

H₂O₂ના જલદ (strong) દ્રાવણને આલ્કલી ધાતુઓ (દા. ત., Na, K) અને આલ્કલી મૃદા ધાતુઓ(દા. ત., Ca, Ba, Sr)ના હાઇડ્રૉક્સાઇડ સાથે મિશ્ર કરતાં તેમના પેરૉક્સાઇડ બને છે. H₂O₂ના આ ગુણને પેરૉક્સિડાઇઝિંગ ગુણ કહે છે.

2NaOH + H₂O₂ → Na₂O₂ + 2H₂O

Ba(OH)₂ + H₂O₂ → BaO₂ + 2H₂O

આ પ્રક્રિયા એમ દર્શાવે છે કે H₂O₂ ઍસિડ તરીકે વર્તે છે.

બજારુ હાઇડ્રોજન પેરૉક્સાઇડનું સામર્થ્ય (strength) : બજારમાં મળતો હાઇડ્રોજન પેરૉક્સાઇડ વિવિધ નામે વેચાય છે (દા. ત., સુપરૉક્ઝૉલ અથવા પરહાઇડ્રૉલ). આવા H₂O₂ની શીશી પર ‘10 કદ’, ‘20 કદ’ એમ વિવિધ લેબલ લગાડેલાં હોય છે જે એમ સૂચવે છે કે વિઘટન દ્વારા H₂O₂ના એક કદમાંથી સામાન્ય તાપમાને અને દબાણે (normal temperature and pressure, N.T.P. એ) 10 કદ, 20 કદ …… ઑક્સિજન મળી શકે છે, તેનું વિઘટન નીચે પ્રમાણે થાય છે :

2H₂O₂ → 2H₂O + O₂

આમ 68 ગ્રા. H₂O₂માંથી 32 ગ્રા. ઑક્સિજન મળે જેનું N.T.P. એ કદ 22,400 મિ.લિ. થાય. એટલે તે 1 મિ.લિ. ઑક્સિજન  = 0.003036 ગ્રા. H₂O₂માંથી મળે. જો નમૂનો ‘10 કદ’નો હોય તો તેના 1 મિ.લિ.માંથી 10 મિ.લિ. O₂ મળતો હોવાથી દ્રાવણમાં 0.03036 ગ્રા. H₂O₂ છે અથવા દ્રાવણ 3.036 % H₂O₂ ધરાવે છે એમ કહી શકાય.

પરિમાપન (estimation) : અગાઉ જણાવ્યા મુજબ H₂O₂નું પરિમાપન નીચેની પ્રક્રિયા વડે થઈ શકે છે :

2KMnO₄ + 3H₂SO₄ + 5H₂O₂ → 2K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 8H₂O + 5O₂

હાથધરણ (handling) અને સંગ્રહણ (storing) : સાંદ્ર H₂O₂નો ઉપયોગ કરતી વખતે ખૂબ જ કાળજી રાખવી પડે છે. કાપડ, કાગળ, કાષ્ઠ જેવા કાર્બનિક પદાર્થો સાથે તેનો સંપર્ક થતાં તેઓ પ્રજ્વલિત થાય છે. ત્વચા સાથે સંપર્ક થતાં ડાઘ (blotches) પડે છે, જે પીડાદાયક હોઈ શકે છે; પણ થોડાક જ કલાકોમાં પાછળ કોઈ પણ નિશાની છોડ્યા સિવાય અદૃશ્ય થાય છે. લગભગ 8 %થી વધુ પ્રમાણવાળાં H₂O₂નાં દ્રાવણો ત્વચા પ્રત્યે દાહક (corrosive) અસર કરે છે. આથી હાઇડ્રોજન પેરૉક્સાઇડના સંગ્રહ માટેનાં પાત્રો પાયરેક્સ પ્રકારના કાચ, ટેફ્લોન અથવા પૉલિઇથિલીન(polyethylene)માંથી બનાવવામાં આવે છે. આવાં પાત્રો H₂O₂નો ઓછી સાંદ્રતાવાળો અને નાનો જથ્થો ભરવા માટે અનુકૂળ પડે છે. ઔદ્યોગિક સંગ્રહ માટેનાં પાત્રો વિદ્યુતપૉલિશ કરેલા (electropolished) સ્ટેનલેસ સ્ટીલ અથવા અતિશુદ્ધ ઍલ્યુમિનિયમનાં બનેલાં હોય છે. આવાં પાત્રો વિમુક્ત થતા ઑક્સિજનના નિકાલ માટે બારી(vent)વાળાં તથા ઢોળાય નહિ તેવી ડિઝાઇન ધરાવતાં હોય છે.

ઉપયોગો : H₂O₂ પ્રબળ ઉપચાયક હોઈ ઔદ્યોગિક ક્ષેત્રે વિરંજન (bleaching) અને નિર્ગંધન (deodorizing) માટે તેનો મોટા પ્રમાણમાં ઉપયોગ થાય છે; દા. ત., ઊન, રેશમ, સૂતર (cotton), કુદરતી અને સંશ્લેષિત રેસાઓ, વાળ, ફર (fur) તેમજ પલ્પ અને પેપર-ઉદ્યોગમાં રેસાઓ ઉપર તે મંદ અસર કરે છે તથા પાછળ અનિષ્ટ અવશિષ્ટ છોડી જતો ન હોવાથી તેમજ સામાન્ય રીતે ઉત્તમ સફેદાઈ બક્ષતો હોવાથી ક્લોરિન કે તેનાં સંયોજનોની સરખામણીમાં તેને વધુ પસંદ કરવામાં આવે છે.

હાઇડ્રોજન પેરૉક્સાઇડ ઘણાં અકાર્બનિક અને કાર્બનિક પેરૉક્સી (peroxy) સંયોજનો(દા. ત., પરએસેટિક ઍસિડ, ડાઇબેન્ઝાઇલ પેરૉક્સાઇડ વગેરે)ની બનાવટમાં આરંભિક (starting) પદાર્થ તરીકે વપરાય છે. કુદરતી ચરબીજ તેલોની ઇપૉક્સિડેશન (epoxydation) પ્રક્રિયામાં તેમજ ઇપૉક્સાઇડો અને ગ્લાયકોલ (glycol) જેવાં કાર્બનિક રસાયણો બનાવવામાં પણ તે ઉપયોગમાં લેવાય છે. આ પ્રક્રિયાને લીધે પરિણમતી નીપજોમાં કીમતી સુઘટ્યતાકારકો, સ્થાયીકારકો, મંદકો, વિનાઇલ પ્લાસ્ટિક માટેનાં દ્રાવકો, રક્ષણાત્મક વિલેપન સંરૂપણો વગેરેનો સમાવેશ થાય છે.

તે સૌંદર્યપ્રસાધનો અને ઔષધિઓમાં પણ વપરાય છે. જંતુનાશક તરીકે તે ઘા, કાપા (cuts) વગેરે સાફ કરવા, કોગળા કરવા વગેરે માટે ઉપયોગમાં લેવાય છે.

સાંદ્ર હાઇડ્રોજન પેરૉક્સાઇડનો એક મહત્વનો ઉપયોગ ઊર્જા-ઉત્પાદન માટેનો છે. બીજા વિશ્વયુદ્ધ દરમિયાન જર્મનીમાં તે વિવિધ મિલિટરી પ્રયુક્તિઓ(દા. ત., ટૉર્પીડો, રૉકેટ વાયુયાનો, સબમરીનો, પ્રક્ષેપણાસ્ત્રો અને catapult launchers)માં ઉપયોગમાં લેવાયેલ. ઉદ્દીપકીય રીતે વિઘટિત હાઇડ્રોજન પેરૉક્સાઇડમાંથી મળતું ઑક્સિજન-વરાળનું મિશ્રણ ઘણા દ્રવનોદિત રૉકેટોના પોષણ-પમ્પો(feed pumps)ને શક્તિ પૂરી પાડે છે.

આ ઉપરાંત તે પ્રતિક્લોર (antichlor), રંજન (dying), વીજઢોળ ચઢાવવા(electroplating)માં, પ્રયોગશાળામાં પ્રક્રિયક તરીકે; સ્ટાર્ચ, સેલ્યુલોઝનાં વ્યુત્પન્નોની શ્યાનતાના નિયંત્રણમાં, ધાતુશોધન અને માર્જન વગેરેમાં તેમજ પાણી અને વાહિત મળની માવજતમાં ક્લોરિનના બદલે ઉપયોગમાં લેવાય છે.

પ્ર. બે. પટેલ