محلول بيرانا أو البيرانها Piranha Solution … المحلول الأخطر في العالم

محلول بيرانا أو البيرانها Piranha Solution … المحلول الأخطر في العالم

محلول البيرانا أو البيرانها Piranha عبارة عن خليط مائي من حمض الكبريتيك (H₂SO₄) وفوق أكسيد الهيدروجين (H₂O₂) الذي يزيل البقايا العضوية من الأسطح ويجعلها أكثر مقاومة للماء. يُعرف أيضًا باسم حفر البيرانا piranha etch لأن له استخدامًا شائعًا آخر وهو حفر لوحات الدوائر الكهربائية. فمحلول البيرانا عبارة عن مادة خطرة جدا ، لذا يجب قراءة جميع التعليمات الخاصة بنحضيره وكيفية استخدامه وكيفية التعامل معه بطل حذر و كيفية التحلص الآمن من هذا المحلول وذلك قبل الشروع في تحضيره و صناعته، و نؤكد هنا أن هذا المحلول ليس حمضا عاديا بل يعتبر من أخطرها على الاطلاق.

لذلك فكر في البدائل الأقل خطورة ، مثل هيدروكسيد البوتاسيوم في الإيثانول أو محاليل الحفر الجاهزة التي تحتوي على حمض فوق أكسيد أحادي حمض الكبريتيك peroxymonosulfuric acid. ولكن ، إذا كان محلول البيرانا هو ما تحتاجه ، فإليك كيفية صنعه واستخدامه بأمان.

 

كيفية تحضير محلول البيرانا

هناك أكثر من طريقة لتجضير سمكة البيرانا. فالطريقة الأساسية تنقوم على خلط حمض الكبريتيك المركّز مع محلول فوق أكسيد الهيدروجين تركيز 30 %. فالتركيز العالي من فوق أكسيد الهيدروجين كتركيز 50% مثلا يزيد من درجة حرارة التفاعل و خطورة الانفجار.

كما تُعد النسب 3: 1 و 5: 1 من حمض الكبريتيك المركز إلى محلول فوق أكسيد الهيدروجين تركيز 30 % الأكثر شيوعًا ، ولكن يمكن استخدام نسب أخرى:

• 3: 1 حمض الكبريتيك المركز (H₂SO₄) إلى محلول فوق أكسيد الهيدروجين (H₂O₂) تركيز 30 % . (ثلاث حجوم من حـمض الكبريتيك مع حجم واحد من فوق أكسيد الهيدروجين) .
• 4: 1 حمض الكبريتيك المركز إلى محلول فوق أكسيد الهيدروجين (H₂O₂) تركيز 30 %. (أربع حجوم من حـمض الكبريتيك مع حجم واحد من فوق أكسيد الهيدروجين) .
• 5: 1 حمض الكبريتيك المركز إلى محلول فوق أكسيد الهيدروجين (H₂O₂) تركيز 30 %. (خمس حجوم من حـمض الكبريتيك مع حجم واحد من فوق أكسيد الهيدروجين) .
• 7: 1 حمض الكبريتيك المركز إلى محلول فوق أكسيد الهيدروجين (H₂O₂) تركيز 30 % و هذه الخلطة تُعد الأقل شيوعا. (سبع حجوم من حمض الكبريتيك مع حجم واحد من فوق أكسيد الهيدروجين) .
• 3: 1 محلول هيدروكسيد الأمونيوم (NH₄OH) إلى محلول فوق أكسيد الهيدروجين (H₂O₂) تركيز 30 % . (ثلاث حجوم من هيدروكسيد الأمونيوم مع حجم واحد من فوق أكسيد الهيدروجين) .

1. لغايات تحضير هذا المحلول اختر كأس زجاجي مصنوع من البوروسليكات (على سبيل المثال ، البيركس Pyrex أو الكيماكس Kimax)، و لا تعمل على تحضير محلول البيرانا في وعاء بلاستيكي لأن الخليط يتفاعل مع البلاستيك. و للتحكم في درجة الحرارة ، قم بتحضير أي خليط يزيد حجمه عن 100 مل في حمام مائي بارد جدا (ثلجي).
2. تأكد من أن الأداة الزجاجة التي تستخدمها في تحضير محلول البيرانا نظيفة تمامًا، فمحلول البيرانا يتفاعل بشدة (ربما بشكل متفجر) مع المواد العضوية!
3. قم بوضع ملصق تحذيري على زجاجة التحضير مع تضمين الإشارات و العلامات التحذيرية المناسبة.
4. ارتدِ قفازات مقاومة للحموض و النظارات الواقية المناسبة و معطف المختبر ، و اربط شعرك الطويل للخلف وارتدي بنطالا طويلًا وأحذية مغلقة من الأمام.
5. يجب أن تحضر هذه المادة في خزانة طرد الغاغزات ، كما اعمل على أن تنزل الغطاء الزجاجي الأمامي للخزامة للأسفل قدر الإمكان .
6. أضف فوق أكسيد الهيدروجين ببطء إلى الحمض، و لا تضف الحمض إلى فوق الأكسيد. فغالبًا ما يصل التفاعل إلى درجة 100 درجة سيليزية أو أعلى ، لذلك قد يحدث غليان …انتبه إلى نفسك جيدا .

احتياطات السلامة

• تشير الأبحاث إلى أن تبريد محلول فوق الأكسيد قبل إضافته إلى حمض الكبريتيك يزيد من فاعلية محلول البيرانا.
• قم بإعداد الحد الأدنى من الحجم المطلوب للتجرية.
• يتحلل محلول البيرانا بسرعة ، لذا قم بتحضير المحلول البيرانا قبل الاستخدام.
• لا تغلق الحاوية!
• استخدم المحلول داخل خزانة طرد الغازات فقط. ولا تترك محلول البيرانا دون رقابة.
• لا تحاول تخزين المحلول.
• يزيد نشاط محلول البيرانا بتسخينه. ومع ذلك ، فمن الأفضل ترك محلول البيرانا الطازج يبرد ويستقر قبل تسخينه للاستخدام. إذا تم تسخين المحلول ، فيجب تسخينه بسرعة حيث تعمل الحرارة على تسريع تحلل الحمض وفوق الأكسيد.
• لا تضف أبدًا أي مادة كيميائية عضوية إلى محلول البيرانا (مثل الكحول والأسيتون والمنظفات). حتى كمية صغيرة يمكن أن تتسبب في حدوث انفجار.
• في حالة الانسكاب: لا تمسح الانسكاب بالمناشف الورقية أو القماش ، فقد تشتعل. قم برش المنطقة ببيكربونات الصوديوم أو كربونات الكالسيوم.
• في حالة ملامسة العين أو الجلد: اغسلها بالماء لمدة 15 دقيقة على الأقل. واطلب العناية الطبية فورا لأي إصابة بالعين أو إذا كان الجلد محترقًا.
• في حالة الاستنشاق: ينقل المصاب إلى الهواء الطلق. اطلب العناية الطبية في حالة السعال أو تهيج الجهاز التنفسي. كن على علم بأن الأعراض قد تتأخر.
• في حالة الابتلاع: اطلب العناية الطبية على الفور.

كيف يعمل محلول البيرانا
يعمل حل Piranha من خلال ثلاث عمليات:

• يتفاعل حمض الكبريتيك مع فوق أكسيد الهيدروجين لتكوين حمض كارو Caro’s acid، والذي يُعرف أيضًا باسم حمض فوق أكسيد أحادي حمض الكبريتيك peroxymonosulfuric acid أو حمض فوق الكبريتيك (H₂SO₅):
• H₂SO₄ + H₂O₂ → H₂SO₅ (حمض كارو) + H₂O

إن عملية إزالة الماء تؤدي إلى كربنة carbonizes المواد العضوية بسرعة ، وخاصة الكربوهيدرات. فحمض كارو يعمل على مهاجمة عنصر الكربون بما في ذلك السخام. في الواقع ، حصل هذا المحلول على اسمه “المخيف” لأنه يجفف المواد العضوية بعنف بطريقة تشبه جنون سمكة البيرانا عندما تهاجم اللحوم بعنف شديد.

• محلول البيرانا شديد الحموضة ، لذا يمكنه إزالة أكاسيد المعادن والكربونات.
• يعمل حمض الكبريتيك على تعزيز قوة أكسدة فوق أكسيد الهيدروجين.

H₂SO₄ + H₂O₂ → H₃O⁺ + HSO₄⁻ + O

يمكن لعنصر الأكسجين إذابة عنصر الكربون ، والذي عادة ما يقاوم الهجوم بسبب الروابط المهجنة المتكونة بين ذرات الكربون. فالأكسجين يسحب زوجًا من الإلكترونات الرابطة من الكربون ، مكونًا مجموعة كربونيل ، ويعطل الرابطة بين الذرات. يتسلسل التفاعل ويهاجم أسطح الكربون المكشوفة حديثًا.

 

تخزين محلول البيرانا و كيفية التخلص منه

يجب تحضير محلول البيرانا طازجًا وليس للتخزين. كما يجب تخزين حمض الكبريتيك في خزانة مخصصة لحفظ الحموض ، بينما يتحلل محلول فوق أكسيد الهيدروجين ببطء أكبر و يجب أن يخزن في الثلاجة.

و لمعادلة محلول البيرانا فورًا بعد الاستخدام، فإن هناك طريقتان شائعتان و هما:

المعادلة بالثلج و بقاعدة قوية
يُفضل استخدام طريقة الثلج لأنه من غير المرجح أن تتسبب في حدوث فوران و خروج المحلول من الحاوية أو الوعاء الذي يحتويه .

• استخدم وعاءًا كبيرًا بما يكفي لاستيعاب محلول البيرانا والثلج والمحلول القاعدي.
• ضع الثلج في الوعاء و استخدم ثلجًا حجمه أكبر بخمس مرات من المحلول (على سبيل المثال ، 500 جرام من الثلج لكل 100 مل من محلول البيرانا).
• صب محلول سمكة البيرانا فوق الثلج.
• صب ببطء محلول هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) تركيز 1 مول/لتر أو محلول هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) تركيز 1 مول/لتر حتى يصبح الرقم الهيدروجيني للخليط متعادلًا. سوف يولد تفاعل الحمض/القاعدة حرارة عالية تتسبب في ذوبان الثلج.

المعادلة باستخدام صودا الخبيز والماء
استخدم طريقة صودا الخبيز (بيكربونات الصوديوم) إذا لم يتوفر الثلج.

• اختر وعاءً حجمه أكبر بـ 10 أضعاف حجم محلول البيرانا على الأقل. و اترك مساحة للرغوة و للفوران أيضا. كما اختر وعاءً يمكنه تحمل الحرارة الناتجة عن تفاعل التعادل.
• صب بيكربونات الصودا في قاع الوعاء و اجعل ارتفاع طبقة البيكربونات تقريبا  بسماكة بوصة.
• أضف كمية كافية من الماء لتغطية صودا الخبز.
• اسكب محلول البيرانا ببطء على صودا الخبيز. ينتج عن التفاعل ثاني أكسيد الكربون ، والذي سيصدر فقاعات. إذا كان المزيج يهدد بفوران الوعاء و خروج المواد منه، اترك الفقاعات لتهدأ قبل إضافة المزيد من محلول البيرانا. أضف المزيد من بيكربونات الصوديوم إذا استهلكت .
• اختبر الرقم الهيدروجيني للخليط للتحقق من معادلة الحمض.

التخلص من محلول البيرانا

يمكن سكب محلول سمكة البيرانا المتعادل في شبكة الصرف الصحي إذا كان الخليط لا يحتوي على فلزات لا يمكن التخلص منها في شبكة الصرف الصحي (الزرنيخ ، الباريوم ، الكادميوم ، الكروم ، النحاس ، الرصاص ، الزئبق ، النيكل ، السيلينيوم ، الفضة ، الخارصين) ، المواد المشعة ، أو غيرها من النفايات التي تتطلب طرق تخلص خاصة.

قد يكون للمنشآت التي تعمل بمواد خاضعة للوائح و القوانين متطلبات خاصة لنفايات محلول البيرانا ، والتي قد تتضمن التخزين المؤقت دون معادلة. في هذه الحالة ، احتفظ بمحلول البيرانا في حاوية غير مغطاة داخل خزانة طرد الغازات  واتبع بروتوكولات التخلص الأخرى.

كيفية استخدام محلول البيرانا

• لتنظيف الزجاج الملبد – يُفضل استخدام محلول البيرانا على قاعدة قوية لتنظيف الزجاج الملبد أو الزجاج المزركش لأنه لا يتلف المسام في الزجاج. انقع الأواني الزجاجية طوال الليل في محلول سمكة البيرانا قبل شطفها بالماء.
• لتنظيف الأدوات الزجاجية – يمكن لمحلول البيرانا إزالة الملوثات من الأدوات الزجاجية. من المهم عدم وجود تلوث عضوي في تلك الزجاجيات. انقع الادوات الزجاجية طوال الليل ثم اشطفها جيدًا.
• لإزالة البقع على السطح – استخدم فقط محلول البيرانا لإزالة البقع ، و ليس تغطية السطح بالكامل .

 

المصدر : www.sciencenotes.org

بوسترات (لوحات) كيميائية بدقة عالية (أكثر من 25 لوحة) من تصميم الأستاذ أكرم أمير العلي

 

تطبيقات كيميائية من تصميم الأستاذ أكرم امير العلي متوفر للجوالات التي تعمل بنظام أندرويد android على سوق جوجل بلاي google play و من بينها تطبيق ملصقات الجـدول الدوري باللغة العربية : بطاقات تحتوي على معلومات شاملة و مختصرة في نفس الوقت كل عنصـر على حدة (اللغة العربية).

https://play.google.com/store/apps/details?id=com.akramir2