Hidrogén-peroxid tulajdonságok, képlet, szerkezet és felhasználások

az hidrogén-peroxid vagy oxigénezett víz, dioxogén vagy dioxidano egy kémiai vegyület, amelyet a H2O2 képlet képvisel. A tiszta formában nem jelenik meg a szín, a folyékony állapot mellett, de kissé viszkózusabb, mint a víz, a kialakuló "hidrogénhidak" mennyiségének köszönhetően.. 

Ezt a peroxidot az egyik legegyszerűbb peroxidként is felismerték, ami úgy értendő, hogy peroxidvegyületek, amelyek egyszerű oxigén-oxigén kötéssel rendelkeznek. 

Alkalmazásai változatosak, és az oxidálószer, a fehérítőszer és a fertőtlenítőszer, és még a nagy koncentrációban is használhatók, és az űrhajók tüzelőanyagaként használják őket, különös érdeklődéssel a hajtóanyagok és a robbanóanyagok kémia szempontjából.. 

A hidrogén-peroxid instabil, és bázisok vagy katalizátorok jelenlétében lassan bomlik. Ezen instabilitás miatt a peroxidot általában valamilyen típusú stabilizátorral tárolják, amely enyhén savas oldatok jelenlétében van. 

A hidrogén-peroxid megtalálható az emberi szervezet részét képező biológiai rendszerekben, és az enzimek, amelyek a bomlással hatnak, "peroxidázok" néven ismertek.. 

felfedezés

A hidrogén-peroxid felfedezését a francia tudós, Louis Jacques Thenard adja, amikor a bárium-peroxidot salétromsavval reagáltatta.

Ennek az eljárásnak a javított változata sósavat és kénsavat adagol, hogy a bárium-szulfát kicsapódjon. Ezt a folyamatot a tizenkilencedik század végétől a 20. század közepéig alkalmazták peroxid előállítására. 

Mindig úgy gondolták, hogy a peroxid instabil volt, mivel nem sikerült elkülöníteni a vizet. Az instabilitás azonban főként az átmeneti fémek sóinak szennyeződésének nyomai miatt következett be, amelyek katalizálják azok bomlását. 

A tiszta hidrogén-peroxidot először 1894-ben szintetizálták, majdnem 80 évvel a felfedezése után, köszönhetően Richard Wolffenstein tudósának, aki a vákuumdesztillációnak köszönhetően gyártotta.. 

Molekuláris szerkezete nehéz volt meghatározni, de az olasz kémiai fizikus, Giacomo Carrara volt az, aki meghatározta a molekulatömegét a krioszkópos leereszkedéssel, amelynek köszönhetően szerkezetét meg lehet erősíteni. Addig legalább egy tucat hipotetikus struktúrát javasoltak.

gyártás

Korábban a hidrogén-peroxidot ipari módon ammónium-peroxidiszulfát hidrolízisével állítottuk elő, amelyet ammónium-biszulfát (NH4HSO4) oldat kénsavban történő elektrolízisével kaptunk..

Napjainkban a hidrogén-peroxidot szinte kizárólag az 1936-ban formalizált és 1939-ben szabadalmaztatott antrakinon-eljárással állítják elő. Ez egy antrakinon (például 2-etilantraquinon vagy a 2-amil-származék) redukciójával kezdődik. megfelelő antrahidrokinont, jellemzően palládiumkatalizátoron végzett hidrogénezéssel.

Az antrahidrokinon ezután autoxidálódik, hogy regenerálja a kiindulási antrakinont, melléktermékként hidrogén-peroxiddal. A legtöbb kereskedelmi eljárás során oxidációt nyerünk sűrített levegőn keresztül egy derivatizált antracén oldaton keresztül, úgy, hogy a levegőben lévő oxigén reagál a labilis hidrogénatomokkal (a hidroxilcsoportok), hidrogén-peroxidot adva és regenerálva antrakinon.

A hidrogén-peroxidot ezután extraháljuk, és az antrakinonszármazékot ismét redukáljuk a dihidroxi-vegyületté (antracén) hidrogéngáz alkalmazásával fémkatalizátor jelenlétében. A ciklus ismétlése után.

Az eljárás gazdaságossága nagymértékben függ a kinon (ami drága), az extrakciós oldószerek és a hidrogénező katalizátor hatékony újrahasznosításától..

A hidrogén-peroxid tulajdonságai

A hidrogén-peroxidot hígított oldatban világoskék folyadékként mutatjuk be, és szobahőmérsékleten színtelen, enyhe keserű ízű. Ez kissé viszkózusabb, mint a víz, a kialakuló hidrogénkötések miatt.

Ez gyenge savnak tekinthető (PubChem, 2013). Szintén erős oxidálószer, amely a legtöbb alkalmazásért felelős azért, hogy a ténylegesen oxidálószerként a fehérítő - a papíripar számára - és fertőtlenítőszerként is legyen. Alacsony hőmérsékleten úgy viselkedik, mint egy kristályos szilárd anyag. 

Ha a karbamid-peroxidot (CH6N2O3) képezi (PubChem, 2011), akkor a fogfehérítésnek meglehetősen jól ismert, vagy professzionálisan, vagy egy bizonyos módon. 

Számos szakirodalom van a hidrogén-peroxid élő sejtekben betöltött fontosságáról, mivel az oxidatív bioszintetikus reakciók mellett fontos szerepet játszik a szervezet káros gazdaszervezetek elleni védelmében..

Emellett több bizonyíték van (PubChem, 2013), hogy még a szervezetben lévő alacsony hidrogén-peroxidszint mellett is alapvető szerepe van, különösen a magasabb szervezetekben. Ily módon fontos sejtes jelátvivőnek tekinthető, amely képes a kontrakciós útvonalak és a növekedés elősegítőinek modulálására.. 

A "vitiligo" depigmentációs rendellenességben szenvedő betegek hidrogén-peroxidjának felhalmozódása miatt (López-Lázaro, 2007) az emberi epidermisz nem rendelkezik normális kapacitással a funkcióinak végrehajtásához, így azt javasoljuk, hogy a peroxid felhalmozódása fontos szerepet játszhat a rák kialakulásában.

Még a kísérleti adatok (López-Lázaro, 2007) azt mutatják, hogy a rákos sejtek nagy mennyiségű peroxidot termelnek, amelyek a DNS-váltásokhoz, a sejtproliferációhoz stb. Kapcsolódnak.. 

Kis mennyiségű hidrogén-peroxid keletkezhet spontán módon a levegőben. A hidrogén-peroxid instabil, és gyorsan bomlik az oxigénre és a vízre, így a reakcióban hő keletkezik. 

Bár nem gyúlékony, mint már említettük, ez egy erős oxidálószer (ATSDR, 2003), amely spontán égést okozhat, amikor szerves anyagokkal érintkezik. 

A hidrogén-peroxidban az oxigén (Rayner-Canham, 2000) "abnormális" oxidációs állapotú, mivel az azonos elektronegativitású atompárok kötődnek, ezért feltételezzük, hogy a kötőelektronok párja közöttük. Ebben az esetben minden oxigénatom oxidációs száma 6 mínusz 7, vagy - l, míg a hidrogénatomok még mindig + l. 

A hidrogén-peroxid vízre gyakorolt ​​erős oxidálóerejét az oxidációs potenciálja (Rayner-Canham, 2000) magyarázza úgy, hogy oxidálhatja a vas (II) ionot vas (III) ionokká a következő reakció:

A hidrogén-peroxid a dismutar tulajdonságával is rendelkezik, azaz mind a redukálódással, mind az oxidálódással (Rayner-Canham, 2000), amint azt a következő reakciók mutatják a potenciáljukkal együtt:

A két egyenlet hozzáadásakor a következő globális egyenletet kapjuk:

Bár a "diszmutáció" termodinamikailag kedvező, nem kinetikailag kedvező. De (Rayner-Canham, 2000) ennek a reakciónak a kinetikája előnyös lehet olyan katalizátorok alkalmazásával, mint a jodid-ion vagy más átmeneti fémionok..

Például a testünkben jelen lévő "kataláz" enzim képes katalizálni ezt a reakciót, úgy, hogy elpusztítja a sejtekben esetleg létező káros peroxidot. 

Az alkáli-csoport összes oxidja, a vízzel erőteljesen reagál, hogy a megfelelő fémhidroxid-oldatot, de a nátrium-dioxidot hozza létre, hidrogén-peroxidot képez, és a dioxidok hidrogén-peroxidot és oxigént termelnek, amint azt az a következő reakciók (Rayner-Canham, 2000):

A hidrogén-peroxidból gyűjtött egyéb érdekes adatok: 

• Molekulatömeg: 34,017 g / mol
• Sűrűség: 1,11 g / cm3 20 ° C-on, 30% (w / w) oldatokban, és 1450 g / cm3 20 ° C-on tiszta oldatban..
• Az olvadáspont és forráspont -0,43 ° C és 150,2 ° C.
• Vízzel elegyedik.
• Éterekben, alkoholokban oldódik és szerves oldószerekben nem oldódik.
• A savasság értéke pKa = 11,75.

struktúra

A hidrogén-peroxid molekula nem-sík molekulát képez. Bár az oxigén-oxigén kötés egyszerű, a molekula viszonylag nagy forgási gátdal rendelkezik (Wikipedia the Encyclopedia Libre, 2012), ha összehasonlítjuk például az etánéval, amelyet egy egyszerű link is alkot.. 

Ez a gát a szomszédos oxigének ionpárjai közötti repulziónak tulajdonítható, és kiderül, hogy a peroxid „atropizomereket” mutat, amelyek sztereoizomerek, amelyek az egyetlen kötés körüli akadályozott forgás következtében keletkeznek, ahol az energia különbségek miatt a sztérikus deformációhoz vagy más hozzájárulókhoz, olyan rotációs akadályt hoznak létre, amely elég magas ahhoz, hogy lehetővé tegye az egyes konformerek izolálását.. 

A hidrogén-peroxid gáznemű és kristályos formáinak szerkezete szignifikánsan különbözik egymástól, és ezek a különbségek a hidrogénkötéshez kapcsolódnak, amely a gáznemű formában hiányzik.. 

alkalmazások

Gyakori, hogy a hidrogén-peroxidot alacsony koncentrációban (3–9%) találja, sok otthonban orvosi célokra (hidrogén-peroxid), valamint a ruhák vagy a haj fehérítésében.. 

Nagy koncentrációban ipari felhasználásra, textilek és papírok fehérítésére, valamint űrhajók üzemanyagára, szivacsos gumi gyártására és szerves vegyületekre is használják.. 

A hidrogén-peroxid oldatokat, még hígított is, ajánlott kesztyűvel és szemvédővel kezelni, mert megtámadja a bőrt. 

A hidrogén-peroxid fontos ipari kémiai vegyület (Rayner-Canham, 2000); évente mintegy 106 tonna körüli nagyságrendű. A hidrogén-peroxidot ipari reagensként is használják, például a nátrium-peroxoborát szintézisében.

A hidrogén-peroxidnak fontos alkalmazása van a régi festmények helyreállításában (Rayner-Canham, 2000), mivel az egyik leggyakrabban használt fehér pigment az ólomfehér volt, amely egy vegyes bázikus karbonátnak felel meg, amelynek képlete Pb3 ( OH) 2 (C03) 2.

A hidrogén-szulfid nyomai ezt a fehér vegyületet ólom-szulfiddá (Il) alakítják, ami fekete, ami a festéket megfestik. A hidrogén-peroxid alkalmazása az ólom-szulfidot (Il) fehér ólom-szulfáttá (Il) oxidálja, amely helyreállítja a festék megfelelő színét, az alábbi reakciót követve:

Egy másik kíváncsi alkalmazás (Rayner-Canham, 2000), annak alkalmazása, hogy megváltoztassa a diszulfidhidakat állandóan támadó haj formáját, amit természetesen a Rockefeller által felismert, enyhén bázikus oldatokban lévő hidrogén-peroxid segítségével végeztek. Intézet 1930-ban. 

A hajtóanyagoknak és a robbanóanyagoknak sok tulajdonsága van közös (Rayner-Canham, 2000). Mindkettő gyors exoterm reakcióval működik, amely nagy mennyiségű gázt termel. Ennek a gáznak a kiutasítása az, ami előre hajtja a rakétát, de a robbanóanyag esetében főként a gáz keletkezése okozta sokkhullám keletkezik, amely a kárt okozza.. 

Az első rakétahajtású repülőgépen használt reakciót hidrogén-peroxid és hidrazin keverékével használtuk, amelyben mindkét molekula nitrogéngázt és vizet adott, amint azt a következő reakcióban szemléltetjük: 

A reaktánsok és a termékek energiáinak összeadásakor 707 Kj / mól energia keletkezik a felhasznált hidrazin minden egyes móljára, ami nagyon exoterm reakciót jelent..

Ez azt jelenti, hogy megfelel a hajtóanyagokban üzemanyagként való felhasználásra vonatkozó elvárásoknak, mivel nagyon nagy mennyiségű gáz keletkezik a két reaktív folyadék nagyon kis mennyiségein keresztül. A két folyadék reakcióképessége és korróziója miatt most már biztonságosabb keverékekkel helyettesítették azokat a kritériumokat, amelyeket az üzemanyagként használtak.. 

Orvosi szempontból a hidrogén-peroxidot a sebek tisztításában, a fekélyesedő fekélyek és a helyi fertőzések helyi kezelésében alkalmazzák. Gyakran alkalmazták a gyulladásos folyamatok kezelésére a külső hallójáratban, vagy a gége kezelésében a faringitis kezelésben..

A fogászat területén is használják a fogak gyökércsatornáinak és a fogpép egyéb üregeinek tisztítására, olyan folyamatokban, mint az endodontika, végső soron kisebb fogászati ​​folyamatokban..

Használata sebek, fekélyek stb. azért van, mert az a mikroorganizmusok elpusztítására képes ágens, de nem a baktériumok spórái, ez nem jelenti azt, hogy minden mikroorganizmust megölik, hanem csökkenti ezek szintjét, hogy a fertőzések ne kerüljenek nagy problémára. Tehát az alacsony szintű fertőtlenítőszerek és antiszeptikumok szintjéhez tartozik. 

A hidrogén-peroxid bizonyos diészterekkel, például a fenil-oxalát-észterrel reagál, és kemilumineszcenciát termel, ez egy másodlagos típusú alkalmazás, amely könnyű sávokban található, angol neve szerint "ragyogás"..

Az összes felhasználása mellett a hidrogén-peroxid használatával kapcsolatos történelmi események is vannak, mivel még mindig kémiai vegyület, amely nagy koncentrációban és reaktivitása miatt robbanáshoz vezethet, ami azt jelenti, hogy védőfelszerelésre van szükség. kezelése során, valamint a megfelelő tárolási feltételek figyelembevételével.

referenciák

1. ATSDR. (2003). Mérgező anyagok - hidrogén-peroxid. 2017 január 17-én, az atsdr.cdc.gov.
2. Híres tudósok - Louis Jacques Thenard felfedezi a hidrogén-peroxidot. (2015). A humantouchofchemistry.com-tól 2017. január 17-én szerezhető be. 
3. López-Lázaro, M. (2007). A hidrogén-peroxid kettős szerepe a rákban: a rák kemoprevention és a terápia lehetséges relevanciája. Cancer Letters, 252 (1), 1-8.  
4. Pubchem. (2011). Karbamid-hidrogén-peroxid. 
5. Pubchem. (2013). Hidrogén-peroxid. 2017. január 15..
6. Rayner-Canham, G. (2000). Leíró szervetlen kémia (2a). Pearson oktatás. 
7. Wikipédia a szabad enciklopédia. (2012). Peroxid-hidrogén. A wikipedia.org-ból származik.