Caracteristicile, formulele, structura și utilizările peroxidului de hidrogen

peroxid de hidrogen sau apa oxigenată, dioxidul sau dioxidanul este un compus chimic care este reprezentat de formula H2O2. În forma sa pură, nu prezintă culori, pe lângă faptul că este în stare lichidă, dar este puțin mai vâscos decât apa, datorită cantității de "punți de hidrogen" care pot fi formate.

Acest peroxid este, de asemenea, recunoscut ca fiind unul dintre cele mai simple peroxizi, înțeleși ca compuși ai peroxidului care au o legătură simplă de oxigen-oxigen.

Utilizările sale sunt variate, de la puterea sa ca oxidant, agent de albire și dezinfectant, chiar și la concentrații mari, a fost folosit drept combustibil pentru navele spațiale, având un interes deosebit în chimia propulsoare și explozive.

Peroxidul de hidrogen este instabil și se descompune lent în prezența bazelor sau catalizatorilor. Din cauza acestei instabilități, peroxidul este, de obicei, depozitat cu un anumit tip de stabilizator, care este în prezența unor soluții ușor acizi.

Peroxidul de hidrogen se găsește în sistemele biologice care fac parte din corpul uman, iar enzimele care acționează prin descompunerea acestuia sunt cunoscute sub denumirea de "peroxidaze".

descoperire

Descoperirea peroxidului de hidrogen este atribuită omului de știință francez Louis Jacques Thenard, când a reacționat cu peroxidul de bariu cu acid azotic.

O versiune îmbunătățită a acestui procedeu a folosit acidul clorhidric și prin adăugarea de acid sulfuric astfel încât sulfatul de bariu să poată fi precipitat. Acest proces a fost folosit de la sfârșitul secolului al XIX-lea până la mijlocul secolului al XX-lea pentru a produce peroxid.

Întotdeauna sa crezut că peroxidul a fost instabil, datorită tuturor încercărilor eșuate de ao izola de apă. Dar instabilitatea sa datorat în principal impurităților sărurilor metalelor de tranziție, care au catalizat descompunerea lor.

Periajul hidrogen pur a fost sintetizat pentru prima dată în 1894, aproape 80 de ani de la descoperirea sa datorită omului de știință Richard Wolffenstein care la produs datorită distilației în vid.

Structura sa moleculară a fost dificil de determinat, dar fizicochimice italian, Giacomo Carrara, care a fost determinată prin scăderea masei moleculare cryoscopic, datorită cărora, structura sa poate fi confirmată. Până în acel moment, cel puțin au fost propuse o duzină de structuri ipotetice.

fabricare

Anterior, peroxidul de hidrogen este preparat industrial prin hidroliza peroxidisulfatul de amoniu, care a fost obținut prin electroliza unei soluții de bisulfat de amoniu (NH4HSO4) în acid sulfuric.

In prezent, peroxidul de hidrogen este fabricat aproape exclusiv prin procedeul antrachinonă, formalizate în 1936 și brevetat în 1939. Acesta începe cu reducerea unui antrachinonă (2-etilantrachinon ca sau derivat al acidului 2-amil) la anhidrachinonă corespunzătoare, în mod tipic prin hidrogenare pe un catalizator de paladiu.

Antrahidichinona este apoi supusă autoxidării pentru regenerarea antrachinonei inițiale, cu peroxidul de hidrogen ca produs secundar. Majoritatea proceselor comerciale obține oxidarea prin barbotare de aer comprimat printr-o soluție de antracen derivatizat, astfel încât oxigenul din aer reacționează cu atomii de hidrogen labili (ai grupărilor hidroxi) pentru a da peroxid de hidrogen și de regenerare antrachinona.

Peroxidul de hidrogen este apoi extras și derivatul de antracinonă este redus din nou la compusul dihidroxi (antracen) utilizând hidrogen gazos în prezența unui catalizator metalic. După repetarea ciclului.

Economia procesului depinde într-o mare măsură de reciclarea eficientă a chinonei (care este scump), a solvenților de extracție și a catalizatorului de hidrogenare.

Proprietățile peroxidului de hidrogen

Peroxidul de hidrogen este prezentat ca lichid albastru deschis în soluții diluate și incolor la temperatura camerei, cu un gust amar ușor. Este puțin mai vâscos decât apa, datorită legăturilor pe bază de hidrogen pe care le poate forma.

Este considerat un acid slab (PubChem, 2013). Este, de asemenea, un agent puternic de oxidare, care este responsabil pentru majoritatea aplicațiilor sale, care, în plus față de oxidantul real, sunt înălbitorul - pentru industria hârtiei - și, de asemenea, ca un dezinfectant. La temperaturi scăzute se comportă ca un solid cristalin.

La formarea este peroxid de carbamidă (CH6N2O3) (Extract, 2011) are un bine recunoscut ca utilizarea de albire dentară, fie profesional gestionate, sau, în particular.

Există o mulțime de literatură despre importanța peroxidului de hidrogen în celulele vii, deoarece joacă un rol important în apărarea organismului împotriva gazdei dăunătoare, în plus față de reacțiile biosintetice oxidative.

În plus, există mai multe dovezi (PubChem, 2013) care, chiar și la niveluri scăzute de peroxid de hidrogen din organism, au un rol fundamental, mai ales în organismele superioare.Astfel, este considerat un agent important de semnalizare celulară, capabil să moduleze atât contracția, cât și promotorii de creștere.

Din cauza acumulării de peroxid de hidrogen în pielea pacienților care suferă de depigmentare „Vitiligo“ (Lopez-Lazaro, 2007), epiderma umană, tulburare nu au capacitatea de a îndeplini funcțiile normale lor, așa că se sugerează că Acumularea de peroxid poate juca un rol important în dezvoltarea cancerului.

Chiar și datele experimentale (Lopez-Lazaro, 2007) arată că celulele canceroase produc cantități mari de peroxid sunt asociate cu alternanțe ale ADN-ului, proliferarea celulară, etc.

Cantități mici de peroxid de hidrogen pot fi produse spontan în aer. Peroxidul de hidrogen este instabil și se rupe rapid în oxigen și apă, eliberând căldură în reacție.

Cu toate ca să fie inflamabilă, așa cum sa menționat deja este un puternic agent oxidant (ATSDR, 2003), care poate provoca combustia spontană când intră în contact cu materiale organice.

In peroxid de hidrogen, oxigen (Rayner-canham, 2000) are o stare de oxidare „anormală“, ca perechi de atomi cu aceeași electronegativitatea sunt legate, de aceea se presupune că perechea de electroni de legătură împărțiți-le între ele. În acest caz, fiecare atom de oxigen are un număr de oxidare de 6 minus 7 sau - l, în timp ce atomii de hidrogen au încă + 1.

Puternica Puterea de oxidare de peroxid de hidrogen în apă, se explică prin potențialul său de oxidare (Rayner-canham, 2000), astfel încât se poate oxida ionul feros (II) la fier feric (III), așa cum se arată în următoarea reacție:

Peroxidul de hidrogen are de asemenea proprietatea dismutate, adică atât redusă și oxidată (Rayner-canham, 2000), așa cum se arată prin următoarele reacții potențiale:

Prin adăugarea celor două ecuații se obține următoarea ecuație globală:

Deși "dismutarea" este favorizată în mod termodinamic, ea nu este favorizată cinetic. Dar (Rayner-canham, 2000), poate favoriza cinetica acestei reacții folosind catalizatori cum ar fi ioni de iodură sau alți ioni metalici de tranziție.

De exemplu, enzima „catalaza“, care este prezent în corpul nostru, este capabil de a cataliza această reacție, astfel încât distruge peroxid dăunătoare care pot exista în celulele noastre.

Toți oxizii grupei de substanțe alcaline, reacționează energic cu apă pentru a da soluția corespunzătoare de hidroxid de metal, dar dioxid de sodiu generează peroxid de hidrogen, și dioxizi produc peroxid de hidrogen și oxigen, așa cum se arată în următoarele reacții (Rayner-Canham, 2000):

Alte date interesante colectate din peroxidul de hidrogen sunt:

• Masa moleculară: 34,017 g / mol
• Densitate: 1,11 g / cm3 la 20 ° C, în soluții la 30% (g / g) și 1,450 g / cm3 la 20 ° C în soluții pure.
• Punctele de topire și de fierbere sunt -0,43 ° C și, respectiv, 150,2 ° C.
• Este amestecabil cu apa.
• Solubil în eteri, alcooli și insolubili în solvenți organici.
• Valoarea acidității sale este pKa = 11,75.

structură

Molecula peroxidului de hidrogen constituie o moleculă neplanară. Deși legătura de oxigen-oxigen este singura, molecula are o bariera de rotație relativ ridicată (enciclopedia liberă Wikipedia, 2012), în comparație, de exemplu, cu etan, care este, de asemenea, formată dintr-o singură legătură.

Această barieră, datorită repulsia dintre perechile de ioni de oxigeni adiacente și este că peroxidul este capabil să afișeze „atropoizomere“ sunt stereoizomeri care apar din cauza împiedicării rotației despre o singură legătură, în cazul în care diferențele de energie datorate la deformarea sterică sau alți contribuabili, ei creează o barieră de rotație care este suficient de mare pentru a permite izolarea conformoarelor individuale.

Structurile formelor gazoase și cristaline ale peroxidului de hidrogen diferă semnificativ, iar aceste diferențe sunt atribuite legăturii de hidrogen care este absentă în forma gazoasă.

aplicații

Este comun pentru a găsi peroxid de hidrogen la concentrații scăzute (de la 3 la 9%), în multe case pentru aplicații medicale (peroxid de hidrogen) și pentru albirea hainelor sau a părului.

La concentrații înalte se utilizează în mod industrial, de asemenea pentru albirea textilelor și a hârtiei, precum și combustibilul pentru nave spațiale, fabricarea cauciucului spongios și a compușilor organici.

Se recomandă manipularea soluțiilor de peroxid de hidrogen, chiar diluate, cu mănuși și protecție pentru ochi, deoarece atacă pielea.

Peroxidul de hidrogen este un compus chimic industrial important (Rayner-Canham, 2000); care apar în jur de 106 tone în fiecare an. Peroxidul de hidrogen este utilizat de asemenea ca reactiv industrial, de exemplu în sinteza peroxoboratului de sodiu.

Peroxidul de hidrogen are o aplicație importantă în restaurarea picturilor vechi (Rayner-canham, 2000) ca unul dintre pigment alb folosit mai ales a fost alb de plumb, ceea ce corespunde unui carbonat bazic mixt, având formula Pb3 ( OH) 2 (CO3) 2.

Urmele de hidrogen sulfurat determină acest compus alb să se transforme în sulfură de plumb (Il), care este negru, care pătează vopseaua. Aplicarea peroxidului de hidrogen oxidează sulful de plumb (Il) la sulfatul de plumb alb (Il), care restaurează culoarea corectă a vopselei, urmând următoarea reacție:

Un alt curios de observat (Rayner-canham, 2000), cererea se aplică pentru a modifica forma parului ataca permanent punți disulfidice acest lucru are în mod natural de peroxid de hidrogen în soluții ușor bazice, descoperit de Rockefeller Institutul în anul 1930.

Propulsanții și explozivii au multe proprietăți comune (Rayner-Canham, 2000). Ambele funcționează printr-o reacție exotermă rapidă care produce un volum mare de gaze. Expulzarea acestui gaz este ceea ce conduce racheta înainte, dar în cazul explozivului este în principal unda de șoc generată de producerea gazului care provoacă daunele.

Reacția care a fost utilizată în prima aeronavă cu rachetă a folosit un amestec de peroxid de hidrogen cu hidrazină, în care ambele reacționează, dând azot molecular și apă, după cum se ilustrează în următoarea reacție:

Adăugarea encales energiile fiecăruia dintre reactanți și produse, care rezultă că o energie de 707 kJ / mol de căldură este eliberată per mol de hidrazină consumat, ceea ce înseamnă o reacție exotermă.

Aceasta înseamnă că îndeplinește așteptările necesare pentru a fi utilizate drept combustibil în propulsoare, deoarece se produc volume foarte mari de gaze, prin volumele foarte mici ale celor două lichide reactive. Având în vedere reactivitatea și coroziunea acestor două lichide, acestea au fost acum înlocuite de amestecuri mai sigure în baze cu aceleași criterii care au fost alese pentru a fi utilizate drept combustibili.

Din punct de vedere medical, peroxidul de hidrogen este utilizat ca soluție topică pentru curățarea rănilor, ulcerul supresiv și infecțiile locale. Acesta a fost folosit frecvent în tratamentul proceselor inflamatorii în canalul auditiv extern sau, de asemenea, în cazul gargheliilor în tratamente de faringită.

Este de asemenea utilizat în domeniul stomatologiei pentru a curăța canalele radiculare ale dinților sau alte cavități ale pulpei dentare, în procese precum endodonția, în cele din urmă în procesele dentare minore.

Utilizarea sa în curățarea rănilor sau a ulcerelor etc. Aceasta se datorează faptului că este un agent capabil de a distruge microorganismele, dar nu spori de bacterii, acest lucru nu înseamnă că ucide toate microorganismele, dar pentru a reduce nivelul acestora, astfel încât infecțiile nu trec probleme majore. Așadar, ar fi vorba de nivelul de dezinfectanți și antiseptice de nivel scăzut.

Peroxidul de hidrogen reacționează cu anumite diesteri, cum ar fi esterul oxalat fenil și produc quimioluminisicencia, aceasta este o aplicație rată destul de ridicată, care este în baruri luminoase, cunoscute sub numele său englezesc ca „stick-strălucire“ .

În plus față de toate utilizările, există evenimente istorice cu utilizarea peroxidului de hidrogen ca nu mai este un compus chimic la concentrații mari și datorită reactivității lor, poate duce la explozii, ceea ce face ca echipamentul de protecție necesar individual în timpul manipulării sale, precum și luând în considerare condițiile de depozitare corespunzătoare.

referințe

1. ATSDR. (2003). Substanțe toxice - Peroxid de hidrogen. Recuperat la 17 ianuarie 2017 de la atsdr.cdc.gov.
2. Oamenii de stiinta celebri - Louis Jacques Thenard descopera peroxidul de hidrogen. (2015). Recuperat la 17 ianuarie 2017, de la humantouchofchemistry.com.
3. López-Lázaro, M. (2007). Rolul dual al peroxidului de hidrogen în cancer: o relevanță posibilă pentru chemoprevența și terapia cancerului. Cancer Letters, 252 (1), 1-8.
4. Extract. (2011). Peroxid de hidrogen de uree.
5. Extract. (2013). Peroxidul de hidrogen. Recuperat la 15 ianuarie 2017.
6. Rayner-Canham, G. (2000). Chimie anorganică descriptivă (2a). Pearson Education.
7. Wikipedia Enciclopedia Liberă. (2012). Peroxid hidrogen. Adus de la wikipedia.org.