Roztwór pirania

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania

Roztwór pirania – mieszanina stężonych roztworów kwasu siarkowego (H2SO4) i nadtlenku wodoru (H2O2), która służy do usuwania zanieczyszczeń organicznych. Ponieważ mieszanina ta jest silnym środkiem utleniającym, usuwa większość materii organicznej i prowadzi do hydroksylacji większości powierzchni (dodaje grupy OH), czyniąc je wysoce hydrofilowymi.

Przygotowanie i użycie[edytuj | edytuj kod]

Typowa proporcja „piranii” to 3 części stężonego kwasu siarkowego i 1 część 30% roztworu nadtlenku wodoru, jednak podawane są też inne proporcje, np. 4:1 lub 7:1. Analogiczna mieszanina utleniająca o charakterze zasadowym, tzw. „pirania zasadowa” składa się ze stężonego roztworu wody amoniakalnej i perhydrolu w stosunku 3:1.

Roztwór pirania musi być starannie przygotowany, ponieważ jest wysoce żrący i silnie utleniający. Traktowane nim powierzchnie muszą być odpowiednio czyste i całkowicie wolne od rozpuszczalników organicznych pozostałych z poprzednich etapów mycia. Kontakt piranii z większą ilością substancji organicznych powoduje nagłe powstanie dużych ilości produktów gazowych, co może doprowadzić do wybuchu[1].

Roztwór piranii należy zawsze przygotowywać poprzez powolne dodawanie nadtlenku wodoru do kwasu siarkowego, nigdy zaś w odwrotnej kolejności[2][3]. Powstawanie roztworu jest wyjątkowo egzotermiczne. Przyrządzany zbyt szybko roztwór zaczyna natychmiast wrzeć, uwalniając duże ilości żrących oparów. Nawet przy uważnym postępowaniu temperatura roztworu może szybko wzrosnąć powyżej 100°C, może być więc konieczne jego schłodzenie przed użyciem. Roztwory wytworzone przy użyciu nadtlenku wodoru w stężeniach większych niż 50% mogą spowodować wybuch. Po ustabilizowaniu się mieszanki można ją ostrożnie podgrzewać, celem dłuższego utrzymania reaktywności[4]. Gorący (często wrzący) roztwór usuwa związki organiczne z czyszczonych powierzchni i utlenia lub hydroksyluje większość powierzchni metalowych. Czyszczenie wymaga zwykle około 10 do 40 minut, po czym czyszczone przedmioty należy usunąć z roztworu.

Roztwór pirania musi być przygotowany bezpośrednio przed użyciem lub wprost na czyszczonym materiale, poprzez aplikację kwasu siarkowego, a następnie nadtlenku wodoru. Z uwagi na nietrwałość, roztwór nie nadaje się do przechowywania, z powodu zaś wytwarzania gazu, nie może być przechowywany w zamkniętym pojemniku[2]. Pozostałości piranii należy pozostawić w osobnych, wyraźnie oznaczonych pojemnikach, aby uniknąć kontaktu z substancjami organicznymi.

Zastosowanie[edytuj | edytuj kod]

Roztwór pirania jest często stosowany w przemyśle mikroelektronicznym np. do czyszczenia pozostałości fotorezystu z płytek krzemowych.

Wbrew spotykanym opisom[5], używanie roztworu pirania do wytrawiania płytek drukowanych nie jest zalecane z uwagi na niebezpieczeństwo jego użytkowania[1] oraz nieprzewidywalność tego procesu wynikającą ze zjawiska pasywacji miedzi w roztworze utleniającym.

W laboratoriach roztwór ten używany jest czasami do czyszczenia naczyń szklanych, np. spieków szklanych[6], jednak ze względu na zagrożenia nie jest zalecany do użytku rutynowego[7]. W przeciwieństwie do chromianki pirania nie zanieczyszcza wyrobów szklanych jonami metali ciężkich i jest mniej uciążliwa przy utylizacji.

Roztwór pirania można wykorzystać także do hydrofilizacji powierzchni szkła poprzez jej hydroksylowanie, co zwiększa liczbę obecnych tam grup silanolowych (Si−OH)[8].

Bezpieczeństwo i utylizacja[edytuj | edytuj kod]

Roztwór pirania jest bardzo niebezpieczny z uwagi na jego silną kwasowość i właściwości utleniające. Roztwór po użyciu nigdy nie powinien być pozostawiony bez nadzoru dopóki jest gorący. Przechowywanie w zamkniętym pojemniku lub zmieszanie z rozpuszczalnikiem organicznym może doprowadzić do wybuchu[1][2][6].

Zużyty roztwór należy pozostawić do ostygnięcia, a gazowe produkty zawierające tlen powinny ulec rozproszeniu. W przypadku czyszczenia szkła wygodne jest pozostawienie roztworu z czyszczonymi przedmiotami na noc, co umożliwia samorzutny rozkład i schłodzenie roztworu. Zużyte roztwory powinny być gromadzone w specjalnie do tego przeznaczonych naczyniach i przekazywane do utylizacji[2][9][10], choć przy niewielkich ilościach, w niektórych instytucjach dopuszcza się ostrożną neutralizację i wylanie do kanalizacji[2].

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. a b c Piranha, www.seas.upenn.edu [zarchiwizowane z adresu 2010-07-18] (ang.).
  2. a b c d e "Section 10: Chemical Specific Information — Piranha Solutions", ehs.princeton.edu [dostęp 2019-10-11] (ang.).
  3. Standard Operating Procedure for Piranha Solutions, web.mit.edu (ang.).
  4. Procedure on handling and using Acid Piranha solution, www.ch.cam.ac.uk [zarchiwizowane z adresu 2015-06-15] (ang.).
  5. PCB etching with H2SO4 + H2O2. Aki Korhonen 2009-03-24. [dostęp 2019-05-23].
  6. a b Piranha solution explosions, The Safety Zone, 16 stycznia 2015 [dostęp 2019-05-23] (ang.).
  7. Laboratory Procedures, www.faqs.org [dostęp 2019-05-23] (ang.).
  8. Jennifer S. Hovis i inni, Effect of Surface Treatment on Diffusion and Domain Formation in Supported Lipid Bilayers, „Biophysical Journal”, 92 (7), 2007, s. 2445–2450, DOI10.1529/biophysj.106.099721, PMID17218468, PMCIDPMC1864818 (ang.).
  9. Piranha Waste Fact Sheet, University of Illinois at Urbana-Champaign [dostęp 2019-10-11] (ang.).
  10. Pirana Solution Use Policy, University of Illinois at Urbana-Champaign [zarchiwizowane z adresu 2017-08-13] (ang.).

Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]