ക്ലോറിൻ

ഇംഗ്ലീഷ് വിലാസം

https://ml.wikipedia.org/wiki/Chlorine

രാസപ്രവർത്തനശേഷി ഏറ്റവും കൂടിയ ഹാലൊജനുകളുടെ കൂട്ടത്തിൽ പെടുന്ന ഒരു വാതകമൂലകമാണ് ക്ലോറിൻ. മലയാളത്തിൽ കിലോരം എന്നും പറയും. കറിയുപ്പിലെ ഘടകം എന്ന നിലയിൽ മനുഷ്യന് ചിരപരിചിതമായ ഒന്നുമാണിത്. പ്രകൃതിയിൽ സുലഭമായ ഈ മൂലകം മനുഷ്യനടക്കമുള്ള ജീവജാലങ്ങൾക്ക് അത്യാവശ്യവുമായ ഒന്നാണ്. സാധാരണ സാഹചര്യങ്ങളിൽ ക്ലോറിൻ ഇളം പച്ച നിറത്തിലുള്ള വാതകമാണ്. ഇതിന്റെ സാന്ദ്രത വായുവിനെ അപേക്ഷിച്ച് 2.5 മടങ്ങാ‍ണ്. ശ്വാസം മുട്ടിക്കുന്ന ഇത് ഒരു വിഷവാതകമാണ്. ശക്തിയേറിയ ഓക്സീകാരിയായതിനാൽ ബ്ലീച്ചിങ്ങിനും, ജലശുദ്ധീകരണത്തിനും ഉപയോഗിക്കുന്നു.

ഗുണങ്ങൾ

ക്ലോറിന്റെ അണുസംഖ്യ 17-ഉം പ്രതീകം Cl എന്നുമാണ്. ആവർത്തനപ്പട്ടികയിലെ 17-ആം ഗ്രൂപ്പിൽ മൂന്നാം വരിയിലാണിതിന്റെ സ്ഥാനം. ദ്വയാണുതന്മാത്രകളായാണ് ക്ലോറിൻ വാതകം നിലകൊള്ളുന്നത്; Cl₂. ഇതേ ഗ്രൂപ്പിൽപ്പെട്ട ഫ്ലൂറിനോളം പ്രവർത്തനശേഷി ഇല്ലെങ്കിലും മിക്കവാറും മറ്റെല്ലാ മൂലകങ്ങളുമായും ക്ലോറിൻ രാസപ്രവർത്തനത്തിലേർപ്പെടുന്നു. 10 °C താപനിലയിൽ ഒരു ലിറ്റർ ജലത്തിൽ 3.10 ലിറ്റർ വാതകക്ലോറിൻ അലിഞ്ഞു ചേരുന്നു. 30 °C താപനിലയിൽ 1.77 ലിറ്റർ മാത്രമാണ് അലിഞ്ഞു ചേരുന്നത്.

ലവണജനകമായ ഹാലൊജനുകളുടെ കൂട്ടത്തിലെ അംഗമായ ക്ലോറിൻ ക്ലോറൈഡ് ലവണങ്ങളെ വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണം നടത്തിയാണ് വേർതിരിച്ചെടുക്കുന്നത്. സമുദ്രജലത്തിൽ ഏറ്റവും കൂടുതൽ അടങ്ങിയിരിക്കുന്ന അയോൺ, ക്ലോറൈഡ് അയോൺ (Cl–) ആണ്.

ചരിത്രം

1774-ൽ സ്വീഡിഷ് രസതന്ത്രജ്ഞനായ കാൾ ഷീലിയാണ് ക്ലോറിൻ കണ്ടെത്തിയത്. ഓക്സിജൻ അടങ്ങിയിരിക്കുന്ന ഒരു പദാർത്ഥമാണിതെന്ന് അദ്ദേഹം തെറ്റിദ്ധരിച്ചു. ഇത് ഒരു മൂലകമാണെന്നും ക്ലോറിൻ എന്ന പേർ ഇതിന് നൽകിയതും 1810-ൽ ഹംഫ്രി ഡേവിയാണ്.

ബെർത്തോലൈറ്റ് എന്നുമറിയപ്പെടുന്ന കോറിൻ വാതകം, 1915 ഏപ്രിൽ 22-ന് ഒന്നാം ലോകമഹായുദ്ധസമയത്ത് ജർമ്മനി ഒരു രാസായുധമായി രണ്ടാം യ്പ്രെസ് യുദ്ധത്തിൽ ആദ്യമായി പ്രയോഗിച്ചു. രാസയുദ്ധത്തിന്റെ പിതാവ്‌ എന്നറിയപ്പെടുന്ന ഫ്രിറ്റ്സ് ഹേബർ എന്ന രസതന്ത്രജ്ഞനാണ് യുദ്ധാവശ്യങ്ങൾക്ക് കോറിൻ ഉപയോഗിക്കുന്നതിൽ മേൽനോട്ടം വഹിച്ചിരുന്നത്. ആദ്യ ഉപയോഗത്തിനു ശേഷം ഇരു കൂട്ടരും യുദ്ധത്തിൽ ഈ വാതകം പരസ്പരം പ്രയോഗിച്ചു.

ലഭ്യത

പ്രധാനമായും ക്ലോറൈഡ് അയോണിന്റെ രൂപത്തിലാണ് ക്ലോറിൻ പ്രകൃതിയിൽ കാണപ്പെടുന്നത്. സമുദ്രജലത്തിൽ അലിഞ്ഞു ചേർന്നിട്ടുള്ളതായും ഭൂമിയിലും കാണപ്പെടുന്ന ഉപ്പിലെ ഘടകമാണ് ക്ലോറൈഡ് അയോൺ. സമുദ്രജലത്തിന്റെ 1.9% ഭാരം ക്ലോറൈഡ് അയോൺ ആണ്. ചാവുകടലിലെ ജലത്തിൽ ഇതിനേക്കാൾ കൂടിയ സാന്ദ്രതയിൽ ക്ലോറൈഡ് അടങ്ങിയിട്ടുണ്ട്. മിക്കവാറും ക്ലോറൈഡ് അയോണുകളും ജലത്തിൽ ലയിക്കുന്നവയാണെങ്കിലും ക്ലോറൈഡ് അടങ്ങിയ ധാതുക്കൾ വരണ്ട പരിതഃസ്ഥിതികളിലും ഭൌമാന്തർഭാഗത്ത് വളരെ ആഴത്തിലും‍ മാത്രമാണ് കൂടുതലായി കാണപ്പെടുന്നത്. ഹാലൈറ്റ് (സോഡിയം ക്ലോറൈഡ്), സിൽ‌വൈറ്റ് (പൊട്ടാസ്യം ക്ലോറൈഡ്), കാർനല്ലൈറ്റ് (പൊട്ടാസ്യം മഗ്നീഷ്യം ക്ലോറൈഡ് ഹെക്സാഹൈഡ്രേറ്റ്) എന്നിവയാണ് ക്ലോറൈഡ് അടങ്ങിയ പ്രധാന ധാതുദ്രവ്യങ്ങൾ.

നിർമ്മാണം

ജലത്തിൽ ലയിപ്പിച്ച സോഡിയം ക്ലോറൈഡിനെ (ഉപ്പ്) വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണം നടത്തിയാണ് ക്ലോറിൻ മൂലകം വ്യാവസായികമായി നിർമ്മിക്കുന്നത്. ഈ ക്ലോറാൽക്കലി പ്രക്രിയയിൽ ക്ലോറിനോടൊപ്പം ഹൈഡ്രജൻ, സോഡിയം ഹൈഡ്രോക്സൈഡ് എന്നിവയും നിമ്മിക്കപ്പെടുന്നു. ഈ പ്രക്രിയയുടെ രാസവാക്യം

2 NaCl + 2 H₂O → Cl₂ + H₂ + 2 NaOH

ക്ലോറിൻ ഉൾപ്പെടെ ഇങ്ങനെയുണ്ടാവുന്ന മൂന്നു ഉൽപ്പന്നങ്ങളും വളരെ ക്രിയാത്മകങ്ങളാണ്. വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണരീതിയിൽ ക്ലോറിൻ വ്യാവസായികമായി ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്നതിന് മൂന്നു രീതികളാണ് അവലംബിക്കുന്നത്.

മെർക്കുറി സെൽ വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണം

വ്യാവസായികമായി ക്ലോറിൻ ഉല്പാദനത്തിന് ആദ്യമായി ഉപയോഗിച്ച രീതിയാണിത്. കാസ്റ്റ്നെർ കെൽനെർ പ്രക്രിയ എന്നും ഈ രീതി അറിയപ്പെടുന്നു. ദ്രാവകരൂപത്തിലുള്ള രസം (മെർക്കുറി) ആണ് ഇതിൽ കാഥോഡായി ഉപയോഗിക്കുന്നത്. ടൈറ്റാനിയമോ ഗ്രാഫൈറ്റോ ആനോഡായി ദ്രാവകമെർക്കുറിയുടെ മുകളിലായി ഉറപ്പിച്ചിരിക്കും. സ്ലേറ്റ് പാളി കൊണ്ട് വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണസെല്ലിനെ രണ്ട് അറകളായി വിഭജിക്കുന്നു. ഇത്തരത്തിലുള്ള ഒരു അറയിൽ മാത്രമേ ആനോഡ് ഘടിപ്പിക്കുന്നുള്ളൂ.

സ്ലേറ്റ് പാളി അറയുടെ അടിവശം വരെ ഉണ്ടായിരിക്കുകയില്ല അതുകൊണ്ട് കാഥോഡായ ദ്രാവകരസത്തിന് രണ്ടു അറകളിലേക്കും സ്വതന്ത്രമായി ഒഴുകാൻ സാധിക്കും. പക്ഷേ ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് രസത്തിന് മുകളിലായതു കൊണ്ട് അതിന് അങ്ങനെ ഒഴുകാൻ സാധിക്കുകയില്ല. ആനോഡുള്ള അറയിൽ സോഡിയം ക്ലോറൈഡ് ലായനിയും മറ്റേ അറയിൽ ജലവുമാണ് നിറക്കുന്നത്. ഈ സെല്ലിൽ വൈദ്യുതധാര പ്രവഹിപ്പിക്കുമ്പോൾ ആനോഡിൽ നിന്ന്‌ ക്ലോറിൻ സ്വതന്ത്രമാകുകയും, കാഥോഡിൽ അടിയുന്ന സോഡിയം രസവുമായി ചേർന്ന് മെർക്കുറി അമാൽഗം രൂപം കൊള്ളുകയും ചെയ്യുന്നു. ഈ മെർക്കുറി അമാൽഗം അടുത്ത അറയിലെ ജലവുമായി പ്രവർത്തിച്ച് അവിടെ സോഡിയം ഹൈഡ്രോക്സൈഡും ഹൈഡ്രജൻ വാതകവും ഉണ്ടാക്കുന്നു.ധാരാളം വൈദ്യുതോർജ്ജം ചെലവാകുന്ന ഈ പ്രക്രിയയിൽ മെർക്കുറി പുറത്തേക്കുവിടുന്നതിനാൽ ആരോഗ്യപ്രശ്നങ്ങളുമുണ്ട്.

ഡയഫ്രം സെൽ വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണം

ഈ പ്രക്രിയയിൽ, കാഥോഡായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ഇരുമ്പ്‌ജാലിക്കു (iron grid) മേൽ ആസ്ബെസ്റ്റോസ് ഡയഫ്രം നിക്ഷേപിച്ച് ആനോഡിൽ നിന്നുമുണ്ടാകുന്ന ക്ലോറിനും കാഥോഡിൽ ഉണ്ടാകുന്ന സോഡിയം ഹൈഡ്രോക്സൈഡും വീണ്ടും സംയോജിക്കുന്നതിൽ നിന്നു തടയുന്നു.

ഹാർഗ്രീവ്സ്-ബേർഡ് പ്രക്രിയ എന്നറിയപ്പെടുന്ന ഇത് മെർക്കുറി സെൽ വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണത്തെ അപേക്ഷിച്ച് താരതമ്യേന കുറഞ്ഞ ഊർജ്ജം മാത്രമേ ഉപയോഗിക്കുന്നുള്ളൂ എങ്കിലും ഉപോൽപ്പന്നമായി ലഭിക്കുന്ന സോഡിയം ഹൈഡ്രോക്സൈഡിനെ ഉപയോഗയോഗ്യമ്മാക്കുവാൻ ബുദ്ധിമുട്ടാണ്.

മെംബ്രേൻ സെൽ വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണം

അയോൺ കൈമാറ്റക്കാരനായി വർത്തിക്കുകയും, കാറ്റയോൺ മാത്രം കടത്തിവിടുകയും ചെയ്യുന്ന ഒരു പാട (cation permeable membrane) ഉപയോഗിച്ച് വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണസെല്ലിനെ രണ്ടായി വിഭജിച്ചിരിക്കുന്നു. പൂരിത സോഡിയം ക്ലോറൈഡ് ലായനി ആനോഡ് അറയിലൂടെ കടത്തിവിടുന്നു ഇത് ഗാഢത കുറഞ്ഞ് പുറത്തേക്ക് പോകുന്നു. കാഥോഡ് അറയിൽ നിന്നും സോഡിയം ഹൈഡ്രോക്സൈഡ് ലായനി കൂടിയ ഗാഢതയിൽ പുറത്തേക്ക് വരുന്നു. ഇതിൽ ഒരു ഭാഗം ഉൽപ്പന്നമായി പുറത്തേക്കെടുക്കുന്നു ബാക്കി വീണ്ടും ഇലക്ട്രോളൈസറിലേക്ക് ലയിപ്പിക്കുന്നു. ഈ രീതി ഡയഫ്രം സെൽ പ്രക്രിയയെ അപേക്ഷിച്ച് വളരെ ഫലപ്രദമായ ഒന്നാണ്. ഇതു വഴി വളരെ ശുദ്ധമായ സോഡിയം ഹൈഡ്രോക്സൈഡ് ഉണ്ടാകുന്നു എങ്കിലും വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണത്തിനായി വളരെ ശുദ്ധമായ സോഡിയം ക്ലോറൈഡ് ലായനി ഉപയോഗിക്കേണ്ടി വരും. ആനോഡിലേയും കാഥോഡിലേയും പ്രവർത്തനങ്ങൾ താഴെക്കൊടുത്തിരിക്കുന്നു.

കാഥോഡ്: 2 H+ + 2 e– → H₂ (വാതകം)

ആനോഡ്: 2 Cl– → Cl₂ (വാതകം) + 2 e–

ആകമാന സമവാക്യം: 2 NaCl + 2H₂0 → Cl₂ + H₂ + 2 NaOH

മറ്റു രീതികൾ

വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണരീതിയുടെ ആവിർഭാവത്തിനു മുൻപ് നേരിട്ടുള്ള ഓക്സീകരണപ്രക്രിയകളാണ് ക്ലോറിൻ നിർമ്മാണത്തിനുപയോഗിച്ചിരുന്നത്. ഇത്തരത്തിലുള്ള ഒരു പ്രക്രിയയായ ഡീക്കൺ പ്രക്രിയയിൽ വായുവോ ഓക്സിജനോ ഉപയോഗിച്ചാണ് ഹൈഡ്രജൻ ക്ലോറൈഡിനെയാണ് ഓക്സീകരിച്ചിരുന്നത്.

4 HCl + O₂ → 2 Cl₂ + 2 H₂O

400 °C താപനിലയിൽ ഉല്പ്രേരകമായി CuCl₂ ഉപയോഗിച്ചാണ് ഈ രാസപ്രവർത്തനം നടത്തുന്നത്. ഇത്തരത്തിൽ വേർതിരിച്ചെടുക്കുന്ന ക്ലോറിന്റെ അളവ് 80% ആണ്.‍ ഈ പ്രവർത്തനത്തിനുപയോഗിക്കുന്ന മിശ്രിതം വളരെ ക്രിയാശീലമുള്ളതാകയാൽ വ്യാവസായികമായുള്ള ക്ലോറിൻ ഉല്പാദനത്തിന് ഈ രീതി യോജിച്ചതല്ല.

ഗാഢമായ ഉപ്പുലായനിയിൽ (brine) അമ്ലവും മാംഗനീസ് ഡയോക്സൈഡും ചേർത്ത മിശ്രിതത്തെ ചൂടാക്കി ക്ലോറിൻ വേർതിരിക്കുന്നത് മറ്റൊരു പുരാതനരീതിയാണ്.

2 NaCl + 2H₂SO₄ + MnO₂ → Na₂SO₄ + MnSO₄ + 2 H₂O + Cl₂

ഈ രീതി അവലംബിച്ചാണ് കാൾ ഷീലി തന്റെ പരീക്ഷണശാലയിൽ ക്ലോറിൻ ആദ്യമായി വേർതിരിച്ചെടുത്തത്. ഈ പ്രക്രിയയിലൂടെ ഉണ്ടാകുന്ന മാംഗനീസ് സൾഫേറ്റിൽ നിന്നും വെൽഡൺ പ്രക്രിയ വഴി മാംഗനീസിനെ വേർതിരിച്ചെടുക്കാൻ സാധിക്കും.

ഉരുക്കിയ സോഡിയം ക്ലോറൈഡിനെ വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണം ചെയ്ത് സോഡിയം നിർമ്മിക്കുന്ന ഡൌൺസ് പ്രക്രിയയിൽ ഉപോൽപ്പന്നമായി ക്ലോറിൻ നിർമ്മിക്കപ്പെടുന്നുണ്ട്.

ഗാഢ ഹൈഡ്രോക്ലോറിക് അമ്ലത്തിൽ സോഡിയം ക്ലോറേറ്റ് ലായനി ചേർത്ത് പരീക്ഷണശാലകളിൽ ചെറിയ അളവിൽ ക്ലോറിൻ നിർമ്മിക്കാം

പരീക്ഷണശാലകളിൽ ചെറിയ അളവിൽ ക്ലോറിൻ നിർമ്മിക്കുന്നതിന് മറ്റൊരു മാർഗ്ഗം കൂടിയുണ്ട്. ഗാഢമായ ഹൈഡ്രോക്ലോറിക് അമ്ലത്തെ ഒരു ഫ്ലാസ്കിൽ എടുത്ത് മാംഗനീസ് ഡയോക്സൈഡ് ചേർത്ത് ഫ്ലാസ്ക് അടക്കുന്നു. ഫ്ലാസ്കിൽ നടക്കുന്ന രാസപ്രവർത്തനത്തിലൂടെ ക്ലോറിൻ ഉണ്ടാകുന്നു. ക്ലോറിൻ വായുവിനേക്കാൾ സാന്ദ്രത കൂടിയതിനാൽ ഫ്ലാസ്കിനടിയിൽ അടിയുകയും അവിടെ നിന്നും ഒരു കുഴൽ ഉപയോഗിച്ച് മാറ്റിയെടുക്കാൻ സാധിക്കും.

ഉപയോഗങ്ങൾ

ജലശുദ്ധീകരണം, അണുനശീകരണം, ബ്ലീച്ചിംങ് എന്നിവക്കുപയോഗിക്കുന്ന ഏറ്റവും പ്രധാനപ്പെട്ട രാസവസ്തുവാണ് ക്ലോറിൻ. ക്ലോറിൻ ഉപയോഗിച്ച് ജലശുദ്ധീകരണം നടത്തുമ്പോൾ ക്ലോറിന്റെ സംയുക്തങ്ങൾ ജലത്തിൽ അവശേഷിക്കുന്നു. എന്നാൾ ഈ പ്രശ്നമില്ലാതെ ഓസോൺ ഉപയോഗിച്ച് ജലശുദ്ധീകരണം നടത്താൻ സാധിക്കും. എങ്കിലും വൻ‌തോതിലുള്ള ജലവിതരണത്തിന് ക്ലോറിൻ തന്നെയാണ് കൂടുതലായും ഉപയോഗിക്കുന്നുണ്.

കടലാസ് ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ, മുറിവിനുള്ള മരുന്നുകൾ (antiseptic), കീടനാശിനികൾ, പെയിന്റ്, പെട്രോളിയം ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ, പ്ലാസ്റ്റിക്, തുണി തുടങ്ങിയവയുടെ നിർമ്മാണത്തിനും ക്ലോറിൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു.

ഒന്നാം ലോകമഹായുദ്ധത്തിൽ

പ്രധാന ലേഖനം: ഒന്നാം ലോകമഹായുദ്ധം

ഒന്നാം ലോകമഹായുദ്ധത്തിൽ ഉപയോഗിച്ച ആദ്യത്തെ രാസായുധമായിരുന്നു ക്ലോറിൻ. ചായം നിർമ്മിക്കുമ്പോഴുണ്ടാകുന്ന ഉപോൽപ്പന്നമായി, ജർമ്മൻ രാസനിർമ്മാതാക്കളായ് ഐ.ജി. ഫാർബെൻ, ക്ലോറിൻ നിർമ്മിക്കുന്നുണ്ടായിരുന്നു. കിടങ്ങുകളിൽ പതിയിരിക്കുന്ന ശത്രുക്കൾക്കു നേരെ ക്ലോറിൻ വാതകം പ്രയോഗിക്കുന്നതിനുള്ള രീതികൾ ഫ്രിറ്റ്സ് ഹേബറുമൊത്ത് ഈ കമ്പനിയാണ് വികസിപ്പിച്ചെടുത്തത്. ഇറാഖ് യുദ്ധത്തിലും ക്ലോറിൻ ഉപയോഗിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്.

മറ്റ് ഉപയോഗങ്ങൾ

ക്ലോറേറ്റുകൾ, ക്ലോറോഫോം, കാർബൺ ടെട്രാക്ലോറൈഡ് എന്നിവയുടെ നിർമ്മാണത്തിനും ബ്രോമിൻ വേർതിരിച്ചെടുക്കുന്നതിനും ക്ലോറിൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു.

അവലംബം

ഇംഗ്ലീഷ് വിക്കിപീഡിയ