ऑक्सिडीभवन

एखाद्या पदार्थात ऑक्सिजनाचे प्रमाण वाढणे म्हणजे ऑक्सिडीभवन आणि ते वाढविणे म्हणजे ऑक्सिडीकरण अशी प्रथम व्याख्या करण्यात आली. कोळसा जळतो त्यावेळी कार्बन मोनॉक्साइड व कार्बन डाय-ऑक्साइड हे वायू तयार होतात. या रासायनिक विक्रियेलाच कोळशाचे अथवा कार्बनाचे ऑक्सिडीकरण असे नाव आहे. पदार्थातील ऑक्सिजनाचे प्रमाण निसर्गत: वाढल्यास ऑक्सिडीभवन आणि आवश्यकतेनुसार ते करण्यास ऑक्सिडीकरण म्हणतात.

ऑक्सिडीकरणाची मूळ व्याख्या जरी पदार्थातील ऑक्सिजनाचे प्रमाण वाढणे अशी होती तरी तिची व्याप्ती आता बरीच वाढली आहे. अणूचा भेद केल्यानंतर अणुरचनेसंबंधी मिळालेल्या ज्ञानावरून पदार्थातील ऑक्सिजनाचे प्रमाण वाढते त्यावेळी निरनिराळ्या अणूंमधील इलेक्ट्रॉनांची फेररचना होते, ही गोष्ट लक्षात आल्यामुळे ऑक्सिडीकरणाची व्याख्या पुढीलप्रमाणे करण्यात आली. ऑक्सिडीकरण म्हणजे आयनावरील (विद्युत् भारित अणू, रेणू वा मूलक यावरील) अथवा अणूवरील इलेक्ट्रॉनांच्या बहिर्गमनामुळे ऋण विद्युत् भार कमी झाल्याने धन विद्युत् भार वाढणे. दुसऱ्या शब्दांत असे म्हणता येईल की, जो आयन अथवा अणू स्वत:जवळचे इलेक्ट्रॉन घालवितो त्याचे ऑक्सिडीकरण झाले असे आपण म्हणतो.

हायड्रोजन किंवा एखादा धातू यांचा, ऋण विद्युत् भार धारण करणाऱ्या मूलद्रव्याशी अथवा मूलकाशी (विक्रियेमध्ये तसाच राहणाऱ्या पण सामान्यतः वेगळे अस्तित्व नसणाऱ्या अणूंच्या गटाशी) संयोग झाला तर त्यांवरील ऋण विद्युत् घटकांचे प्रमाण वाढते. अशा विक्रियाही ऑक्सिडीकरणासारख्याच असल्यामुळे त्यांचा समावेशही ऑक्सिडीकरण या प्रकारात होऊ लागला. अशा कित्येक विक्रियांत ऑक्सिजनाचा भागही नसतो उदा.,

(१)    2AI+       3Cl2⇌      Al2Cl4

अल्युमिनियम    क्लोरीन     अल्युमिनियम क्लोराइड

(२)  H2+   I2⇌       2HI

हायड्रोजन   आयोडीन   हायड्रोजन आयोडाइड

(३) H2S+   Br2⇌     2HBr+     S

हायड्रोजन   ब्रोमीन     हायड्रोजन     गंधक

सल्फाइड              ब्रोमाइड

(४) मँगॅनीज डाय-ऑक्साइडाच्या साहाय्याने हायड्रोक्लोरिक अम्‍लातील हायड्रोजन काढून क्लोरीन सुटा करताना त्याच्या रेणूतील धन विद्युत् भाराचे प्रमाण कमी होत असते व त्यामुळेही या विक्रियेस ऑक्सिडीकरण विक्रिया म्हणतात.

4HCI+       MnO2⇌       MnCl2+      2H2O+    Cl3

हायड्रोक्लोरिक   मँगॅनीज        मँगॅनीज       पाणी      क्लोरीन

अम्ल         डाय-ऑक्साइड    क्लोराइड

ज्या विक्रियेने एखाद्या धातूची हायड्रोजन अणूंशी संयोग पावण्याची क्षमता (संयुजा) वाढते तिचा समावेशही ऑक्सिडीकरणात केला जातो. उदा., फेरस क्लोराइड (FeCI2)व क्लोरीन (CI2)यांच्यामधील विक्रियेने फेरिक क्लोराइड (FeCI3)तयार होणे किंवा पोटॅशियम परमँगॅनेटाच्या विद्रावाने फेरस सल्फेटाचे (FeSO4) फेरिक सल्फेट [Fe2(SO4)3]तयार होणे.

निरनिराळ्या संयुजांमुळे तयार होणाऱ्या ज्या लवणांच्या नावात ‘अस’ हा प्रत्यय आहे त्यांचे ‘इक’ हा प्रत्यय असणाऱ्या लवणांत उदा., फेरस (Fe+2)चे फेरिक (Fe+3), क्यूप्रसचे (Cu+1) क्यूप्रिक (Cu+2), स्टॅनसचे (Sn+2)स्टॅनिक (Sn+4) इ. लवणांत रूपांतर होताना आधीच्या मूलकावरील विद्युत् भार वाढत असतो, त्यामुळे अशा विक्रियांचा समावेशही ऑक्सिडीकरण विक्रियेत होतो.

वर सांगितल्याप्रमाणे जसा ऋणायनावरील धनभार वाढत असला की त्या विक्रियेस ऑक्सिडीकरण म्हणतात. तसेच धनायनावरील ऋणभार कमी होत असेल तर, उदा., I - चे  I मध्ये रूपांतर होत असता, होणाऱ्या विक्रियेलाही ऑक्सिडीकरण म्हणतात. म्हणजे ऑक्सिडीकरणाची व्यापक व्याख्या अशी : जिच्यामुळे अणू, मूलक अथवा आयनांवरील इलेक्ट्रॉन निघून जातात ही विक्रिया म्हणजे ऑक्सिडीकरण होय. त्याचप्रमाणे जे संयुग ऑक्सिजन सहज देते किंवा दुसऱ्या धातूकडून इलेक्ट्रॉन सहज घेते त्याला ऑक्सिडीकारक म्हणतात.

ऑक्सिडीकरण अवस्था

रासायनिक विक्रियेमध्ये संयुग बनताना त्यामधील मूलद्रव्य वा आयन यांच्याकडून इलेक्ट्रॉन घेतले जातात किंवा दिले जातात. अशा रासायनिक संयुगांतील मूलद्रव्यांची वा आयनांची विद्युत् भारित अवस्था धन किंवा ऋण अंकांनी दाखवितात. या अवस्थेला ऑक्सिडीकरण अवस्था असे म्हणतात. याला ऑक्सिडीकरण क्रमांक असेही म्हणतात. रासायनिक संयुग बनतेवेळी मूलद्रव्यांच्या संयोगावस्थेची कल्पना ऑक्सिडीकरण क्रमांकावरून येते. ऑक्सिडीकरण क्रमांकामुळे एखादे मूलद्रव्य दुसऱ्या मूलद्रव्याशी संयोग होताना त्याच्यापेक्षा जास्त विद्युत् धनता असलेल्या (संयुजी इलेक्ट्रॉन निघून जाण्याची व धन विद्युत् भार वाढविण्याची प्रवृत्ती असलेल्या) मूलद्रव्याशी किंवा विद्युत् ऋणता असलेल्या (संयुजी इलेक्ट्रॉन आकर्षून घेण्याची व ऋण विद्युत् भार वाढविण्याची प्रवृत्ती असलेल्या) मूलद्रव्याशी कसे संयोग पावले आहे यावर प्रकाश पडतो. त्याचप्रमाणे त्या मूलद्रव्याशी संयोग पावण्याची शक्ती किती आहे यावरही या क्रमांकाने प्रकाश पडतो. मूलद्रव्यांना ऑक्सिडीकरण क्रमांक देताना ऑक्सिजनला -२ हा क्रमांक दिला गेला आहे. ऑक्सिजनाचा ऑक्सिडीकरण क्रमांक -२ हा ठरल्यावर इतर मूलद्रव्यांचे ऑक्सिडीकरण क्रमांक निश्चित करता आले. इतर मूलद्रव्यांशी संयोग होतेवेळी ऑक्सिजनाचा ऑक्सिडीकरण क्रमांक -२ असतो. एखाद्या रेणूतील अथवा मूलकातील घटक मूलद्रव्यांच्या ऑक्सिडीकरण क्रमांकाची बेरीज त्या रेणूवरील अथवा मूलकावरील विद्युत् भार दाखविते. Fe2O3 या संयुगातील Feचा ऑक्सिडीकरण क्रमांक अथवा Fe+3आयनाचा ऑक्सिडीकरण क्रमांक +३ असल्याचे तसेच SO3मधील S चा ऑक्सिडीकरण क्रमांक आणि SO4-2मधील S चा ऑक्सिडीकरण क्रमांक +६ असल्याचे लक्षात येईल. तेव्हा संयुगाच्या अथवा मूलकाच्या घटक मूलद्रव्यांपैकी धन केंद्राच्या ऑक्सिडीकरण क्रमांकाच्या आधारे ऋण केंद्रांचे क्रमांक काढता येणे शक्य आहे.

ऑक्सिजनासाठी ऑक्सिडीकरण क्रमांकाची ही जी निवड झाली ती कोणाच्या तरी स्वेच्छेनुसार झालेली नाही. इतर मूलद्रव्यांच्या संदर्भात ऑक्सिजन विद्युत् ऋण आहे ही गोष्ट यावरून स्पष्ट हाेते (अपवाद फक्त फ्ल्युओरीन). याचाच दुसरा अर्थ असा की ऑक्सिजन अणू रासायनिक विक्रियेत आपल्या अतिबाह्य इलेक्ट्रॉन कक्षेत दोन इलेक्ट्रॉन जास्त मिळवून स्थिर कक्षा बनविण्याचा प्रयत्न करीत असतो. अणूच्या अतिबाह्य कक्षेत एकूण इलेक्ट्रॉनांची संख्या आठ झाली की, तो स्थिर कक्षाधारी बनतो. ऑक्सिजनाऐवजी जर फ्ल्युओरिनाची निवड केली आणि त्यास -१ हे मूल्य दिले तर ऑक्सिडीकरण क्रमांकाची व्याख्या अधिक सुटसुटीत होईल. कारण इतर कोणत्याही मूलद्रव्यापेक्षा फ्ल्युओरिन अधिक विद्युत् ऋण आहे आणि त्याची बंधन क्षमता एक आहे. ऑक्सिडीकरण क्रमांकासाठी फ्ल्युओरिन प्रमाणभूत मानल्यास अपवादही कमी होतात. उदा., फ्ल्युओरिन ऑक्साइड F2Oमधील ऑक्सिजनाला ऑक्सिडीकरण क्रमांक +२ द्यावा लागेल. पेरॉक्साइडामध्ये -१ द्यावा लागेल. (हायड्रोजन पेरॉक्साइड H2O2मध्ये ऑक्सिजनाची हायड्रोजनाबरोबरची बंधन क्षमता संपुष्टात आलेली नसते आणि म्हणून H2O2+ H2= 2H2Oही विक्रिया होऊ शकते). हे खरे असूनही प्रमाण म्हणून ऑक्सिजनाचा उपयोग जास्त असल्याने त्याचेच प्रमाण ठरविण्यात आले आहे, कारण ऑक्सिजन अनेक संयुगांत आढळतो.

एक गोष्ट मात्र खरी की ऑक्सिडीकरण क्रमांकामुळे संयुगांच्या संयोगावस्थांची स्पष्ट कल्पना येत नाही. उदा., HF, AlF3आणि NaF या तीन संयुगांतील फ्ल्युओरीन अणूवरील प्रत्यक्षात विद्युत् भारात फरक असूनही त्यात आपणास ऑक्सिडीकरण क्रमांकाच्या दृष्टीने फरक करता येत नाही. ज्यावेळी ही संयुगे पाण्यात विरघळतात त्यावेळी प्रत्येक संयुगाकडून F– सहज मिळत असतो व त्यामुळे या संयुगांचे गुणधर्म समजू शकतात. ऑक्सिडीकरण क्रमांकाच्या कल्पनेची उपयुक्तता काही अंशी या कारणामुळे पटलेली आहे. काही प्रमाणात ऑक्सिडीकरण क्रमांक आणि संयुजा या कल्पना सारख्याच असल्या तरी त्यांचे अर्थ वेगवेगळे आहेत. हायड्रोजन रेणूमध्ये (H2) हायड्रोजनाची संयुजा एक आहे कारण तो दुसऱ्या एका हायड्रोजन अणूशी जोडलेला असतो, परंतु त्याचा ऑक्सिडीकरण क्रमांक मात्र शून्य आहे कारण येथे हायड्रोजन अन्य मूलद्रव्याशी जोडलेला नाही.

ऑक्सिडीकरण क्रमांकावर आधारित रसायनांचा अभ्यास कसा पद्धतशीरपणे होऊ शकतो हे खालील उदाहरणावरून स्पष्ट होईल. आयोडीन या मूलद्रव्याची संयुगे घेतली तर आयोडिनाचे ऑक्सिडीकरण क्रमांक -१, ०, +१, +५ व +७ इतके असल्याचे लक्षात येते. या प्रत्येक ऑक्सिडीकरण अवस्थेची काही उदाहरणे पुढीलप्रमाणे :

ऑक्सिडीकरण क्रमांक            आयोडिनाची संयुगे

+७                            IF7, IO4-, HIO4

+५                            IO3-, IF5, I2O5, HIO3

+१                            HIO, IO-, ICl2-

०                             I2

-१                            I-,NaI, HI

मूलद्रव्यांच्या ऑक्सिडीकरण क्रमांकांनुसार त्यांच्या संयुगांच्या विक्रियांचे वर्गीकरण केले तर त्यांचे दोन स्वाभाविक वर्ग होतात. पहिल्या वर्गातील विक्रियांमध्ये मूलद्रव्यांच्या ऑक्सिडीकरण क्रमांकांत बदल होत नाही आणि दुसऱ्या वर्गातील विक्रियांत मूलद्रव्यांच्या ऑक्सिडीकरण क्रमांकांत बदल होतो. पहिल्या प्रकारच्या विक्रियांची काही उदाहरणे पुढे दिली आहे :

(१)          I2O5 + H2O = 2HIO3

(२)          HIO + H+ + 2Cl- = H2O + ICl2-

दुसऱ्या प्रकारची उदाहरणे पुढीलप्रमाणे आहेत :

(१)          2I- + Cl2 = 2Cl- +

(२)          2I- + 2Fe+3 = 2Fe+2 + I2

(३)          10I- + 2MnO4- + 16H+= 8H2O + 2Mn+2 + 5I2

ऑक्सिडीकरण क्रमांकाच्या कल्पनेची उपयुक्तता दुसऱ्या प्रकारच्या उदाहरणावरून लक्षात येण्यासारखी आहे. Cl2, Fe+3 व MnO4 यांसारख्या भिन्न गुणधर्माच्या विक्रियाकारकांमुळे I - चे परिवर्तन I2 मध्ये होऊ शकते हे लक्षात घेण्यासारखे आहे. असे असूनही त्यांचे रासायनिक वैशिष्ट्य आयोडिनाच्या अवस्थेवर परिणाम करू शकत नाही. त्याचप्रमाणे एकूण बदल होत असता ऑक्सिडीकारकांच्या वैशिष्ट्यांतही बदल होत नाही. पाण्यासारख्या समर्थ विद्रावकांत (विरघळणाऱ्या पदार्थांत) ज्यावेळी विक्रिया होते तेव्हा अशी परिस्थिती निर्माण होते. जेव्हा विक्रिया घनावस्थेत घडतात तेव्हा कोणत्या प्रकारचे आयोडाइड वापरले याचा निर्देश करावा लागतो. (उदा., सोडियम आयोडाइड की सिल्व्हर आयोडाईड). कारण विक्रिया मार्ग या निवडीवर अवलंबून असतो.

ऑक्सिडीकरण प्रक्रिया

ज्या प्रक्रियांमध्ये ऑक्सिजनाचा इतर रेणूबरोबर संयोग होतो त्यांना ऑक्सिडीकरण प्रक्रिया म्हणतात.ऑक्सिजन हा मूलद्रव्य स्वरूपात (उदा., हवेतील ऑक्सिजन) किंवा संयुक्त स्वरूपात असू शकतो. संयुक्त स्वरूपांतील ऑक्सिजन संयुगे अशी असतात की, त्यापासून संपूर्ण अथवा भागश: ऑक्सिजन सुलभ प्रकारे मिळू शकतो. या ठिकाणी ऑक्सिडीकरणाचा विचार प्रत्यक्ष ऑक्सिजनाशी संबंध असलेल्या प्रक्रियांबाबतच केला आहे, त्याच्या व्यापक व्याख्येनुसार केलेला नाही (त्यासाठी ‘ऑक्सिडीकरणक्षपण’ हा परिच्छेद पहावा).

बहुतेक सर्व ऑक्सिडीकरणात उष्णता, प्रकाश, विद्युत् अशा कोणत्याही स्वरूपात प्रचंड प्रमाणावर ऊर्जा निर्माण होत असते. ऑक्सिडीकरणाअखेर ज्या मूलद्रव्यांबरोबर ऑक्सिजनाचा संयोग होत असतो त्याची ऑक्साइडे मिळतात. निसर्गात गंजण्याची क्रिया,कुजण्याची क्रिया, श्वासोच्छ्वासाची क्रिया त्याचप्रमाणे लाकूड, गंधक, फॉस्फरस, पेट्रोल यांसारखे पदार्थ जाळण्यामुळे होणाऱ्या विक्रिया या सर्व ऑक्सिडीकरण प्रक्रिया होत. या ठिकाणी ज्या प्रकियांचा हेतू ऑक्सिडीकरणानंतर ऊर्जा निर्माण करण्याचा नसून रासायनिक फलनिष्पत्ती करण्याचा आहे, अशा प्रक्रियांचाच विचार येथे अभिप्रेत आहे.

भागश: ऑक्सिडीकण होत असता ज्या महत्त्वाच्या घटकांत बदल होत असतो आणि त्यासाठी ज्यांचे नियंत्रण आवश्यक असते ते घटक म्हणजे दाब, तापमान, स्पर्शकाल अथवा विक्रिया काल, उत्प्रेरकाचे (विक्रियेत भाग न घेता विक्रियेची गती वाढविणाऱ्या पदार्थाचे) स्वरूप(उत्प्रेरक असल्यास), ऑक्सिडीकारकाचे मोल (मूलद्रव्य वा संयुग यांच्या वजनाचे एक एकक) प्रमाण व ज्या पदार्थाचे ऑक्सिडीकरण करावयाचे तो द्रवावस्थेत व बाष्पावस्थेत आवश्यक असेल ती अवस्था. ज्यांचे ऑक्सिडीकरण व्हावयाचे ते पदार्थ आणि ऑक्सिडीकरणाची फलनिष्पत्ती यांना अनुकूल परिस्थिती निर्माण केली तरच समाधानकारक फलनिष्पत्ती होऊ शकते, अन्यथा नाही. त्याशिवाय ऑक्सिजनाशी संयोग करण्याची प्रक्रिया असल्यामुळे पदार्थ आपोआप पेटणार नाहीत किंवा स्फोटक मिश्रण बनणार नाही किंवा अस्थिर पेरॉक्साइडे तयार होणार नाहीत याची काळजी घ्यावी लागते. त्याचप्रमाणे प्रक्रियेसाठी पदार्थांची निवड करताना ज्यांच्यावर पर्यावरणाचा (सभोवतालच्या परिस्थितीचा) परिणाम होणार नाही तसेच ज्यांच्या उत्प्रेरकावर उलट परिणाम होणार नाही अथवा विक्रिया होण्यात जे अडथळा करणार नाहीत, असे पदार्थ निवडावे लागतात.

ऑक्सिडीकरणाचे नियंत्रण कार्यक्षमतेने होण्यासाठी यंत्रसामग्रीची रचना फार काळजीपूर्वक करावी लागते. जादा हवेचा उपयोग करावयाचा असेल आणि विक्रियाकारक (विक्रिया घडविण्यास मदत करणारे पदार्थ) बाष्प स्थितीत असतील तर उष्णता आदान-प्रदान होण्यासाठी उत्प्रेरकांचा उपयोग करताना नळ्यांचा वापर करावा लागतो व नळ्यांच्या बाहेरील बाजूस उष्णता स्थिर राखणारे माध्यम वापरावे लागते. २६०० ते ५४०० से. तापमानासाठी सोडियम नायट्रेट-सोडियम नायट्राइट यांच्या मिश्रणासारख्या द्रवावस्थेतील लवणमिश्रणांचा उपयोग करावा लागतो. १००० ते ३१५० से. तापमानासाठी दाबयुक्त पाणी अथवा कार्बनी तेले वापरता येतात.

शक्य झाल्यास उत्प्रेरक हा पुष्कळ वेळा द्रायू (द्रव किंवा वायू) स्थितीत वापरला जातो. ऊर्ध्वगती असलेल्या वायूच्या साहाय्याने उत्प्रेरक आणि त्याचा आधार, कण स्वरूपांत मोठ्या भांड्यांत तरंगते ठेवता येतात. नेहमीची ऑक्सिडीकरण प्रक्रिया मंद असते पण उत्प्रेरकांमुळे विक्रिया कमी तापमानास होऊन जलदही होते. वायूची गती अशा रीतीने नियंत्रित केलेली असते की उत्प्रेरकाचा मोठा भाग बाहेर वाहून जात नाही. जो काही थोडा भाग बाहेर जात असतो तो चक्रीय पृथक्कारकाने (वेगळ्या करण्याच्या उपकरणाने) अथवा सेरॅमिकच्या गालकाने निराळा करून परत विक्रिया पात्रात आणला जातो. संपूर्ण उत्प्रेरक थराचे सतत मिश्रण होऊ शकते, त्याची उष्णता ग्रहणशक्ती चांगली असते आणि त्याचे जरूर ते तापमान स्थिर राखता येते. उष्णतेची देवाणघेवाण जेथे होते तेथून थोडा गरम उत्प्रेरक जाऊ दिला की उष्णता काढून घेता येते. विक्रिया पात्रात शीतक नळ्यांचा उपयोग करता येतो.

घनांचे द्रायुकरण

घन स्वरूपातील पदार्थाचे प्रथम द्रायुकरण (द्रवात किंवा वायूत रूपांतर) करून नंतर वायूंचे द्रवावस्थेत रूपांतर करून त्यांचे ऑक्सिडीकरण केले जाते. हे ऑक्सिडीकरण विशाल विक्रिया पात्रात शीतक वेटोळ्यांची योजना करून केले जाते. एकाच सूक्ष्म छिद्रातून खूप दाबाखाली असलेली हवा पात्रात सोडून अथवा झारीप्रमाणे पोकळ नळीच्या मुखाजवळील अनेक सूक्ष्म छिद्रांतून हवा आत खेळवून ऑक्सिडीकरण साधले जाते. विक्रिया पात्रातून वायू बाहेर पडतेवेळी विक्रिया घटक तसेच विक्रिया फलेही बाहेर पडणे शक्य असते. यात होणारे नुकसान द्रुत शीतनाने अथवा शोषणामुळे कमी करता येते. ऑक्सिडीकरण प्रक्रिया वापरणाऱ्या कारखान्यातून बाहेर पडणारे वायू हवेचे प्रदूषण (दूषितीकरण) टाळण्यासाठी जाळून टाकण्याची योजना असते.

ऑक्सिडीकरणाच्या औद्योगिक प्रक्रिया

पुष्कळ उद्योगधंद्यांमध्ये ऑक्सिडीकरण प्रक्रियांचा मोठ्या प्रमाणावर उपयोग करण्यात येतो. फॉस्फरसापासून फॉस्फोरिक अम्‍ले तयार करणे, सल्फ्यूरिक अम्‍ल तयार करणे, उत्प्रेरकाच्या साहाय्याने अमोनियाचे ऑक्सिडीकरण करून नायट्रिक अम्‍ल तयार करणे, किण्वनाने (आंबविण्याच्या क्रियेने) अ‍ॅसिटिक, सायट्रिक इ. अम्‍ले तयार करणे, ऑक्सिजन वायू तयार करणे,सूक्ष्मजीवांच्या क्रियेने सांडपाणी शुद्ध करणे इत्यादींमध्ये ऑक्सिडीकरणाचा उपयोग करण्यात येतो. ऑक्सिजन अथवा हवा यांचा ऑक्सिडीकरणासाठी उपयोग करणाऱ्या औद्योगिक प्रक्रिया खाली दिल्या आहेत :

ऑक्सिजनाच्या साहाय्याने हायड्रोकार्बनांचे अंशत: ऑक्सिडीकरण करून कार्बन मोनॉक्साइड व हायड्रोजन यांचे मिश्रण मिळते. या मिश्रणाचा उपयोग करून प्राथमिक अल्कोहॉल बनविता येते. या कामी ओलेफीन या हायड्रोकार्बनाचा उपयोग केला जातो. प्राथमिक अल्कोहॉलानंतर मिथेनॉल म्हणजे मिथिल अल्कोहॉलही बनविता येते. संश्लेषण वायू (हायड्रोजन व कार्बन मोनॉक्साइड यांचे मिश्रण) किंवा जलवायूचा (प्रदीप्त दगडी कोळशावरून पाण्याची वाफ पाठविल्यास मिळणाऱ्या वायुमिश्रणाचा) उपयोग करून, कार्बन मोनॉक्साइडाच्या ऑक्सिडीकरणाने कार्बन डाय-ऑक्साइड बनवून तो निराळा केल्याने हायड्रोजन वायू तयार करता येतो. कार्बन डाय-ऑक्साइडाचे कार्बामाइड बनविले जाते. कधीकधी कार्बामाइडापासून अमाइने सुटी करून कार्बन डाय-ऑक्साइड परत मिळविला जाते.

हलक्या अ‍ॅलिफॅटिक हायड्रोकार्बनांचे ऑक्सिडीकरण करून अ‍ॅसिटिक अम्‍ल, मिथेनॉल, अ‍ॅसिटाल्डिहाइड, फॉर्माल्डिहाइड व इतर फलिते यांची मिश्रणे बनविण्याच्या अनेक प्रक्रिया आहेत. या प्रकियांत हवेचा अथवा ऑक्सिजनाचा उपयोग केलेला असतो. द्रव किंवा वायू अवस्थेत, तापमानाच्या विस्तृत मर्यादेत, उत्प्रेरकाचा उपयोग करून अथवा त्याशिवाय या प्रक्रिया होतात.

एथिलिनाचे ऑक्सिडीकरण करून अ‍ॅसिटाल्डिहाइड व व्हिनिल अ‍ॅसिटेट बनविण्याची प्रक्रिया विकसित करण्यात आली आहे. चांदीचा उत्प्रेरक वापरून नळाकार विक्रिया पात्रात एथिलिनापासून त्याचे ऑक्साइड बनविता येते. तापमान २२२० से. ते ३३३० से. आणि दाब ७ ते २१ किग्रॅ./ चौ. सेंमी इतके असते. क्युमेन किंवा आयसोब्युटेन यांचे हायड्रोपेरॉक्साइड वापरून प्रोपिलिनाचे ऑक्सिडीकरण करून प्रोपिलीन ऑक्साइड बनविता येते. बेंझॉइक अम्‍लाचे ऑक्सिडीकरण करून फिनॉल तयार करताना क्युप्रिक लवणांचा वापर केला जातो.

थॅलिक अ‍ॅनहायड्राइड बनविताना व्हॅनेडियम ऑक्साइड उत्प्रेरक म्हणून वापरून ऑर्थोझायलीन किंवा नॅप्थॅलिनाचे ऑक्सिडीकरण केले जाते. यासाठी खूप हवा आणि बराच दाब उपयोगात आणावा लागतो. बेंझिनाचे ऑक्सिडीकरण करून मॅलेइक अ‍ॅनहायड्राइड बनविताना हीच प्रक्रिया वापरली जाते.

अ‍ॅसिटिलीन बनविण्यासाठी अनेक ऑक्सिडीकरण प्रक्रिया विकसित करण्यात आल्या आहेत. या प्रक्रियांत ऑक्सिडीकरणाचे मुख्य कार्य म्हणजे १६६०० से. च्या जवळपास तापमान निर्माण करणे हे असते. नैसर्गिक वायू (खनिज इंधन वायू) किंवा नॅप्था यामधून गरम हवा सोडल्याने अ‍ॅसिटिलीन तयार होते.

एका औद्योगिक ऑक्सिडीकरण प्रकियेमध्ये हायड्रोक्लोरिक अम्‍लापासून क्लोरीन वायू बनविताना, उत्प्रेरक म्हणून मँगॅनीज वापरला जातो तर दुसऱ्या एका अशाच प्रकियेत एथिलिनापासून व्हिनिल क्लोराइड बनविले जाते. मँगॅनीज अ‍ॅसिटेटाच्या उपस्थितीत अ‍ॅसिटाल्डिहाइडापासून अ‍ॅसिटिक अम्‍ल बनते पण जर कोबाल्ट आणि कॉपर अ‍ॅसिटेटाचा उपयोग केला तर अ‍ॅसिटिक अ‍ॅनहायड्राइड तयार होते. वाढलेल्या तापमानास हवेने ऑक्सिडीकरण झाल्यावर काही डांबरांचे भौतिक गुण सुधारतात. फिनॉलाच्या सरळ ऑक्सिडीकरणामुळे त्याचे उच्च बहुवारिक (एकापेक्षा जास्त रेणू एकत्र येऊन तयार होणारा मोठ्या रेणुभाराचा रेणू) तयार होते. प्राण्यांचे खाद्य आणि सोडियम ग्‍लुटामेट तयार करण्यासाठी तसेच घरांतील व औद्योगिक टाकाऊ पदार्थांवर सूक्ष्मजीवांच्या साहाय्याने ऑक्सिडीकरण करण्याच्या पद्धतींना दिवसेंदिवस अधिक महत्त्व प्राप्त होत आहे.

ऑक्सिडीकरण व क्षपण

ऑक्सिडीकरणात एखाद्या पदार्थातील इलेक्ट्रॉन दुसऱ्यास दिले जातात व क्षपणात इलेक्ट्रॉनांचा स्वीकार केला जातो. या दोन क्रियांचे स्वरूप एकमेकांविरुद्ध असले, तरी त्या एकमेकांवर अवलंबून असणाऱ्या क्रिया आहेत. त्यांच्यापैकी एक घडून आल्याशिवाय दुसरी घडून येऊ शकत नाही. त्या दोन्ही एकाच वेळी व तुल्य प्रमाणात घडून येतात म्हणून त्यांना अलग अलग न मानता त्या एकाच मोठ्या व्यापक विक्रियेची दोन पूरक अंगे आहेत, असे मानणे सोयीचे ठरते. अशा व्यापक विक्रियेत घडून येणारी मुख्य क्रिया म्हणजे एका अणूचे किंवा आयनाचे इलेक्ट्रॉन दुसऱ्या अणूकडे किंवा आयनाकडे जाणे ही होय. म्हणून अशा व्यापक विक्रियांना क्षपण-ऑक्सिडीकरण असे नाव देतात. क्षपण-ऑक्सिडीकरणात घडून येणारी मूलभूत घटना म्हणजे इलेक्ट्रॉनांचे स्थानांतर होय व ते ठळकपणे दाखविण्यासाठी साध्या समीकरणांच्या जोडीने आयन दर्शविणारी समीकरणे देण्याची पद्धती आहे. या पद्धतीची काही उदाहरणे खाली दिली आहेत :

(१)

CuSO4+     Zn=      ZnSO4+     Cu

कॉपर सल्फेट   जस्त     झिंक         तांबे

आॅक्सिडीकरण Zn → Zn+3 + 2e

क्षपण Cu+2+2c → Cu

(२)

10FeSO4+ 2 KMnO4+    8H2SO4=  5Fe2 (SO4)3 + K2SO4 +  2 MnSO4 +8 H2O

फेरस सल्फेट  पोटॅशियम    सल्फ्यूरिक       फेरिक                      मँगॅनस

परमँगॅनेट      अम्ल           सल्फेट                    सल्फेट

ऑक्सिडीकरण 10 Fe+2 ®→5 Fe+3 + 10c

क्षपण 2MnO4– + 16 H+ + 10e → 2Mn+2 + 8H2O

वरील पद्धतीने समीकरणे मांडली म्हणजे असे दिसून येते की, ऑक्सिडीकरण किंवा क्षपण या गोष्टी एकेकट्या होऊच शकत नाही.

स्वयंस्फूर्त ऑक्सिडीभवन

हवेतील किंवा रेणवीय ऑक्सिजनाचा संपर्क येण्यामुळे व सु. १५०० से. तापमानापेक्षा कमी तापमान असताना घडून येणाऱ्या ऑक्सिडीभवनास स्वयंस्फूर्त ऑक्सिडीभवन म्हणतात. त्याचा वेग सामान्यतः अगदी मंद, पण मोजता येण्यासारखा असतो. हवेशी संपर्क येत असलेल्या पुष्कळ पदार्थांचे स्वयंस्फूर्त ऑक्सिडीभवन झालेले पहावयास मिळते.उदा., लोखंड गंजून त्याची ऑक्साइडे किंवा हायड्रॉक्साइडे तयार होतात. उघड्यावर राहिलेल्या स्निग्ध पदार्थांचे किंवा वनस्पतिज तेलांचे ऑक्सिडीभवन होऊन अम्‍ले तयार होतात व ती खवट होतात. ज्या वस्तू किंवा जी द्रव्ये उघड्यावर राहावयाची आहेत किंवा ज्यांचा सतत हवेशी संपर्क यावयाचा आहे, अशा वस्तूंचे किंवा द्रव्यांचे उत्पादन करताना त्यांचे स्वयंस्फूर्त ऑक्सिडीभवनापासून कसे रक्षण करता येईल याचा विचार करावा लागतो. उदा., धातूंची पात्रे वा उपकरणे गंजणार नाहीत, रंग व रबरी वस्तू खराब होणार नाहीत आणि तेल, तूप व लोणी यांसारखे स्निग्ध पदार्थ खवट होणार नाहीत अशी काळजी घ्यावी लागते.

जैव ऑक्सिडीभवन

प्राण्यांचे श्वसन चालू असताना ते ऑक्सिजन आत घेतात व कार्बन डाय-ऑक्साइड बाहेर सोडतात. यावरून जिवंत प्राण्यांच्या शारीरिक क्रियांत होणारे  ऑक्सिडीभवन दिसून येते. पण ऑक्सिडीभवनाच्या अनेक विक्रिया सामान्यतः ऑक्सिजन व इतर द्रव्यांच्या सरळ संयोगाने होत नाहीत, तर त्या जटिल व टप्प्याटप्प्याने होणाऱ्या असून मधल्या टप्प्यांतील काही विक्रिया ऑक्सिडीभवनाच्या नसतात.

जिवंत प्राण्यांच्या व वनस्पतींच्या शरीरांना ऊर्जेचा व उष्णतेचा पुरवठा ज्या विक्रियांनी होतो त्या गुंतागुंतीच्या असल्या तरी त्यांच्यामध्ये ऑक्सिडीभवनाला महत्त्वाचे स्थान आहे, यात शंका नाही. जीवांच्या शरीरातील प्रक्रियांत मुख्यत: कार्बोहायड्रेटांचे, अ‍ॅमिनो अम्‍लांचे व वसाम्‍लांचे ऑक्सिडीभवन घडून येते, पण या ऑक्सिडीभवनाच्या विक्रिया अत्यंत गुंतागुंतीच्या असतात [ चयापचय].

ऑक्सिडीकारक पदार्थ

रासायनिक विक्रिया होत असताना जो विक्रियाकारक दुसऱ्या विक्रियाकारकापासून इलेक्ट्रॉनांचा स्वीकार करतो तो ऑक्सिडीकारक म्हणून ओळखला जातो. ऑक्सिडीकारक म्हणून कार्य करताना पदार्थाची धन संयुजा कमी होत असते किंवा ऋण संयुजेत वाढ तरी होत असते. मर्यादित अर्थाने असे म्हणता येते की, जो दुसऱ्या विक्रियाकारकाला ऑक्सिजन पुरवितो तो ऑक्सिडीकारक होय. ऑक्सिडीकारकासंबंधी हीच कल्पना अधिक प्रसारित झालेली आहे. या दुसऱ्या अर्थाने ऑक्सिडीकारकांत हायड्रोजन पेरॉक्साइड (H2O2), परमँगॅनेट आयन (Mn4-1), पोटॅशियम क्लोरेट (KClO3), डायक्रोमेट आयन (Cr2O7-2), नायट्रिक अम्‍ल (HNO3),हायपोक्लोराइट आयन (ClO-1), व पोटॅशियम नायट्रेट (KNO3) हे अंतर्भूत होतात.

पोटॅशियम नायट्रेट व कार्बन एकत्र तापविले तर ऑक्सिडीकारकाची विक्रिया पुढीलप्रमाणे होते : चिनी मातीच्या छोट्या मुशीत पोटॅशियम नायट्रेट तापविले तर त्याचे विघटन होते.

KNO3 → ½O2 + KNO2

जर त्याचवेळी कार्बनही मुशीत असेल तर पुढील विक्रियाही होईल.

C+O2 → CO2.

ऑक्सिडीकरणाच्या व्यापक दृष्टिकोनातून क्लोरीन ऑक्सिडीकारक कसा आहे हे पुढील उदाहरणावरून लक्षात येईल. क्लोरीन (Cl2) व फेरस क्लोराइड (FeCl2) यांमधील विक्रिया पहा.

FeCl2 + ½Cl2 = FeCl3.

क्लोरिनाचा ऑक्सिडीकरण क्रमांक शून्य असतो तो उणे १ (-१) होतो. व लोह आयनाच्या ऋण संयुजेत वाढ होऊन ती +३ होते म्हणून FeCl3 संयुग बनते.

ऑक्सिडीकारक आणि क्षपणकारक या संज्ञा सापेक्ष आहेत. एखादा पदार्थ ऑक्सिडीकारक म्हणून कार्य करील किंवा क्षपणकारक म्हणून कार्य करील हे त्याचा संबंध ज्या दुसऱ्या विक्रियाकारकाशी येईल त्याच्या संहतीवर व गुणधर्मावर अवलंबून राहील.

उद्योगधंद्यांत ऑक्सिडीकरण प्रक्रियांसाठी ऑक्सिडीकारक वापरले जातात. एकापेक्षा जास्त ऑक्सिडीकारक एकाच ऑक्सिडीकरण विक्रियेसाठी उपयोगात आणता येणे शक्य असते. परंतु निवड करताना त्याचे मूल्य, किती प्रमाणात वापरावे लागेल ते, तो चटकन मिळण्याची शक्यता, ज्या गटांचे ऑक्सिडीकरण करावयाचे असते ते, ऑक्सिडीकरणापासून इच्छित फलनिष्पत्ती, ऑक्सिडीकरणानंतर प्राप्त होणारी उपफले, फलनिष्पत्तीची सुलभता, विक्रियेमुळे होणारी पात्रादींची झीज व प्राप्त फलांचे शुद्धीकरण इतक्या सर्व बाबींचा विचार करणे जरूर असते. उद्योगधंद्यात मोठ्या प्रमाणावर ज्या रासायनिक ऑक्सिडीकारकांचा उपयोग होतो, त्यांचा थोडक्यात विचार खाली केला आहे.

नायट्रिक अम्‍ल

३०% किंवा त्याहून कमी संहती असलेले नायट्रिक अम्‍ल या कामी वापरले जाते. नायट्रिक अम्‍लाच्या नायट्रीकरण करण्याच्या गुणापेक्षा त्याच्या ऑक्सिडीकारक सामर्थ्याचा विचार प्राधान्येकरून येथे असतो. कार्‌बॉक्सिलिक अम्‍ले तयार करण्यास ते वापरतात. सायक्लोहेक्झॅनॉलापासून अ‍ॅडिपिक अम्‍ल, पॅराझायलीन व पॅराटोल्यूइक अम्‍ल यांपासून टेरेप्थॅलिक अम्‍ल बनविले जाते. उच्च बहुवारिके बनविण्यासाठी यांचा उपयोग होतो.

ओझोन

स्वतंत्रपणे अथवा ऑक्सिजनाबरोबर संमिश्र स्थितीत ओझोन अत्यंत प्रभावी ऑक्सिडीकारक आहे. यामुळे अस्थिर ओझोनाइडे बनतात. परंतु योग्य नियंत्रणाखाली निवडक अल्कोहॉले, आल्डिहाइडे व एस्टरे बनविण्यास ओझोन अत्यंत उपयुक्त असतो. एरंडेल तेलापासून ओझोनीकरणामुळे द्विक्षारकीय (ज्याच्या रेणूतील दोन विशिष्ट हायड्रोजन अणूंच्या ऐवजी रासायनिक विक्रियेने दुसरे अणू किंवा अणुगट बसविता येतात अशी) व एक-क्षारकीय अम्‍ले बनविता येतात.

पेरॉक्साइडे

हायड्रोजन पेरॉक्साइडाचा उपयोग स्वतंत्रपणे किंवा संतुलित पर-अम्‍ल मिश्रणामुळे ओलेफीन ऑक्साइडे व ग्लायकॉले तयार करण्याकडे होतो. काही खास कामांसाठी इतर काही ऑक्सिडीकारकांचा उपयोग होतो ते असे : गंधक व त्याची संयुगे, परक्लोरेट,परमँगॅनेट, हायपोक्लोराइट व डायक्रोमेट.

सल्फेटे

वाफाळ सल्फ्यूरिक अम्‍ल उच्च तापमानास संपृक्त हायड्रो-कार्बनावर सुद्धा विक्रिया करू शकते. योग्य नियंत्रण ठेवून एकेकाळी मर्क्युरिक लवणाच्या उपस्थितीत त्याचा उपयोग नॅप्थॅलिनापासून थॅलिक अ‍ॅनहायड्राइड बनविण्यासाठी केला जात असे. यातून सफर डाय-ऑक्साइड निघत असे. नंतरच्या काळात झायलिनापासून थॅलिक अम्‍ले बनविण्यासाठी अमोनियम सल्फेटासारख्या उदासीन सल्फेटाचा उपयोग ऑक्सिडीकारक म्हणून करणे औद्योगिक दृष्ट्या अनुकूल असल्याचे आढळून आले.

परमँगॅनेटे

ओलेफिनांपासून ग्‍लायकॉले व मिथिल बेंझिनापासून कार्‌बॉक्सिलिक अम्‍ले बनविण्यास, किंमतीचा प्रश्न महत्त्वाचा नसेल तेव्हा, परमँगॅनेटाचा उपयोग केला जाई. याशिवाय हायपोक्लोराइटाचा विरंजनासाठी (रंग घालविण्यासाठी), डायक्रोमेटाचा धातुमार्जनासाठी (धातू स्वच्छ करण्यासाठी), तांब्याच्या लवणांचा फिनॉल बनविण्यासाठी उपयोग होतो.

लेखक : बा. ग. शेजवलकर, ; ज. र. देशपांडे

स्त्रोत :मराठी विश्वकोश