Lastnosti vodikovega peroksida, formula, struktura in uporaba



The vodikov peroksid ali kisikova voda, dioksogen ali dioksidano je kemična spojina, ki jo predstavlja formula H2O2. V svoji čisti obliki ne kaže barve, poleg tega, da je v tekočem stanju, vendar je nekoliko višja od vode, zaradi količine "vodikovih mostov", ki se lahko oblikujejo. 

Ta peroksid je tudi priznan kot eden najpreprostejših peroksidov, ki se razumejo kot peroksidne spojine, ki imajo preprosto kisik-kisikovo vez.. 

Njegova uporaba je različna in sega od svoje moči kot oksidanta, belila in dezinfekcijskega sredstva, in celo pri visokih koncentracijah se uporablja kot gorivo za vesoljska plovila, ki ima poseben interes za kemijo pogonskih snovi in ​​eksplozivov.. 

Vodikov peroksid je nestabilen in počasi razpade v prisotnosti baz ali katalizatorjev. Zaradi te nestabilnosti je peroksid običajno shranjen z nekakšno vrsto stabilizatorja, ki je v prisotnosti rahlo kislih raztopin. 

Vodikov peroksid lahko najdemo v bioloških sistemih, ki so del človeškega telesa, in encimi, ki delujejo z razgradnjo, so znani kot "peroksidaze".. 

Odkritje

Odkritje vodikovega peroksida je dodeljeno francoskemu znanstveniku Louisu Jacquesu Thardu, ko je reagiral na barijev peroksid z dušikovo kislino..

Izboljšana različica tega postopka je uporabila klorovodikovo kislino in z dodatkom žveplove kisline, tako da se lahko obori barijev sulfat. Ta proces se je uporabljal od konca devetnajstega stoletja do sredine dvajsetega stoletja za proizvodnjo peroksida. 

Vedno je veljalo, da je peroksid nestabilen zaradi vseh neuspešnih poskusov, da bi ga izolirali od vode. Toda nestabilnost je bila posledica predvsem sledi nečistoč soli prehodnih kovin, ki so katalizirale njihovo razgradnjo.. 

Čisti vodikov peroksid je bil prvič sintetiziran leta 1894, skoraj 80 let po njegovem odkritju, zahvaljujoč znanstveniku Richardu Wolffensteinu, ki ga je izdelal zahvaljujoč vakuumski destilaciji.. 

Njegovo molekularno strukturo je bilo težko določiti, italijanski kemični fizik Giacomo Carrara pa je določil njeno molekularno maso s krioskopskim spustom, zaradi česar je mogoče potrditi njeno strukturo. Do takrat je bilo predlaganih vsaj ducat hipotetičnih struktur.

Proizvodnja

Pred tem je bil vodikov peroksid industrijsko pripravljen s hidrolizo amonijevega peroksidisulfata, ki smo ga dobili z elektrolizo raztopine amonijevega bisulfata (NH4HSO4) v žveplovi kislini..

Danes se vodikov peroksid proizvaja skoraj izključno s postopkom antrakinona, ki je bil formaliziran leta 1936 in patentiran leta 1939. Začne se z redukcijo antrakinona (kot je 2-etilantrakinon ali 2-amilni derivat) na ustreznega antrahidrokinona, običajno s hidrogeniranjem na paladijevem katalizatorju.

Antrahidrokinon se nato avtoksidira, da regenerira začetni antrakinon, pri čemer je vodni peroksid kot stranski produkt. Večina komercialnih procesov pridobiva oksidacijo z upihovanjem stisnjenega zraka skozi raztopino derivatiziranega antracena, tako da kisik v zraku reagira z labilnimi atomi vodika (hidroksilnih skupin), ki daje vodikov peroksid in regenerira. antrakinon.

Vodikov peroksid nato ekstrahiramo in antrakinonski derivat ponovno reduciramo v dihidroksi spojino (antracen) z uporabo vodikovega plina v prisotnosti kovinskega katalizatorja. Po ponovitvi cikla.

Ekonomičnost postopka je v veliki meri odvisna od učinkovitega recikliranja kinona (ki je drag), ekstrakcijskih topil in katalizatorja za hidrogeniranje..

Lastnosti vodikovega peroksida

Vodikov peroksid je prikazan kot svetlo modra tekočina v razredčenih raztopinah in brezbarven pri sobni temperaturi z rahlim grenkim okusom. Je nekoliko viskoznejša od vode zaradi vodikovih vezi, ki se lahko tvorijo.

Šteje se za šibko kislino (PubChem, 2013). Prav tako je močan oksidant, ki je odgovoren za večino svojih aplikacij, ki so poleg dejanskega oksidanta tudi belilo - za papirno industrijo - in tudi kot dezinfekcijsko sredstvo. Pri nizkih temperaturah se obnaša kot kristalinična trdna snov. 

Ko oblikuje karbamidni peroksid (CH6N2O3) (PubChem, 2011), ima dokaj dobro znano uporabo kot beljenje zob, bodisi profesionalno bodisi na poseben način.. 

O pomenu vodikovega peroksida v živih celicah je veliko literature, saj ima poleg oksidativnih biosintetičnih reakcij pomembno vlogo pri obrambi organizma pred škodljivimi gostitelji..

Poleg tega obstaja več dokazov (PubChem, 2013), da ima to tudi pri nizkih koncentracijah vodikovega peroksida v telesu bistveno vlogo zlasti v višjih organizmih. Na ta način se šteje za pomembno celično signalno sredstvo, ki je sposobno modulirati tako kontrakcijske poti kot promotorje rasti.. 

Zaradi kopičenja vodikovega peroksida v koži bolnikov, ki trpijo zaradi depigmentacijske motnje "vitiligo" (López-Lázaro, 2007), človeška pokožnica nima običajne zmogljivosti za opravljanje svojih funkcij, zato se predlaga, da kopičenje peroksida lahko igra pomembno vlogo pri razvoju raka.

Tudi eksperimentalni podatki (López-Lázaro, 2007) kažejo, da rakaste celice proizvajajo velike količine peroksida, ki so povezane z izmenjavami DNA, proliferacijo celic itd.. 

Majhne količine vodikovega peroksida se lahko spontano proizvajajo v zraku. Vodikov peroksid je nestabilen in se hitro razgradi v kisik in vodo ter v reakciji sprosti toploto. 

Čeprav ni vnetljiv, kot je že omenjeno, je močan oksidant (ATSDR, 2003), ki lahko povzroči samovžig, ko pride v stik z organskimi snovmi.. 

V vodikovem peroksidu ima kisik (Rayner-Canham, 2000) "nenormalno" oksidacijsko stanje, saj so pari atomov z isto elektronegativnostjo vezani, zato se predpostavlja, da je par veznih elektronov razdeli med njimi. V tem primeru ima vsak atom kisika oksidacijsko število 6 minus 7, ali - l, medtem ko imajo atomi vodika še vedno + l.. 

Močna oksidacijska moč vodikovega peroksida glede na vodo je razložena z njegovim oksidacijskim potencialom (Rayner-Canham, 2000), tako da lahko oksidira železov (II) ion v železov (III) ion, kot je prikazano v naslednjo reakcijo:

Vodikov peroksid ima tudi lastnost dismutarja, to je zmanjšati in oksidirati (Rayner-Canham, 2000), kar kažejo naslednje reakcije in njihov potencial:

Pri dodajanju dveh enačb dobimo naslednjo globalno enačbo:

Čeprav je termodinamično rečeno "dismutacija", ni kinetično ugodna. Ampak (Rayner-Canham, 2000) je kinetiko te reakcije mogoče podpreti z uporabo katalizatorjev, kot so jodidni ion ali drugi ioni prehodnih kovin..

Na primer, encim "katalaza", ki je prisoten v našem telesu, je sposoben katalizirati to reakcijo, tako da uničuje škodljiv peroksid, ki lahko obstaja v naših celicah.. 

Vsi oksidi alkalne skupine, ki močno reagirajo z vodo, da dobijo ustrezno raztopino kovinskega hidroksida, toda natrijev dioksid, proizvaja vodikov peroksid in dioksidi proizvajajo vodikov peroksid in kisik, kot je prikazano v naslednje reakcije (Rayner-Canham, 2000):

Drugi zanimivi podatki iz vodikovega peroksida so: 

  • Molekularna masa: 34,017 g / mol
  • Gostota: 1,11 g / cm3 pri 20 ° C, v raztopinah pri 30% (m / m) in 1,450 g / cm3 pri 20 ° C v čistih raztopinah.
  • Tališča in vrelišča sta -0,43 ° C oziroma 150,2 ° C.
  • Lahko se meša z vodo.
  • Topen v etrih, alkoholih in netopen v organskih topilih.
  • Vrednost njegove kislosti je pKa = 11,75.

Struktura

Molekula vodikovega peroksida je neplanarna molekula. Čeprav je kisik-kisikova povezava preprosta, ima molekula relativno visoko rotacijsko pregrado (Wikipedija Enciklopedija Libre, 2012), če jo primerjamo na primer z etanom, ki je prav tako oblikovan s preprosto povezavo.. 

Ta pregrada je posledica odbijanja ionskih parov sosednjih kisikov in izkaže se, da je peroksid sposoben prikazati "atropizomere", ki so stereoizomeri, ki nastanejo zaradi ovirane rotacije okoli ene vezi, kjer so razlike energije zaradi za sterično deformacijo ali druge dejavnike, ki ustvarjajo rotacijsko pregrado, ki je dovolj visoka, da omogoča izolacijo posameznih konformerjev.. 

Strukture plinastih in kristalnih oblik vodikovega peroksida se bistveno razlikujejo in te razlike pripisujemo vodikovi vezi, ki je v plinasti obliki odsotna.. 

Uporabe

Pogosto je vodikov peroksid v nizkih koncentracijah (od 3 do 9%), v mnogih domovih za medicinsko uporabo (vodikov peroksid), pa tudi za beljenje oblačil ali las.. 

V visokih koncentracijah se uporablja industrijsko, tudi za beljenje tekstila in papirja ter goriva za vesoljska plovila, proizvodnjo gobaste gume in organskih spojin.. 

Priporočljivo je, da uporabljate raztopine vodikovega peroksida, celo razredčene, z rokavicami in zaščito za oči, ker napade na kožo. 

Vodikov peroksid je pomembna industrijska kemična spojina (Rayner-Canham, 2000); okoli 106 ton po svetu vsako leto. Vodikov peroksid se uporablja tudi kot industrijski reagent, na primer pri sintezi natrijevega peroksoborata.

Vodikov peroksid ima pomembno vlogo pri obnavljanju starih slik (Rayner-Canham, 2000), saj je bil eden izmed belih pigmentov, ki so se uporabljali predvsem, bela svinca, kar bi ustrezalo mešanemu bazičnemu karbonatu, katerega formula je Pb3 ( OH) 2 (C03) 2.

Sledi vodikovega sulfida povzročijo, da se bela spojina spremeni v svinčeni sulfid (Il), ki je črna, ki barvo obarva. Uporaba vodikovega peroksida oksidira svinčev sulfid (Il) v beli svinčeni sulfat (Il), ki obnovi naslednjo reakcijo:

Še ena zanimiva aplikacija, ki jo želimo poudariti (Rayner-Canham, 2000), je njena uporaba za spreminjanje oblike las, ki trajno napadajo disulfidne mostove, ki jih ima naravno vodikov peroksid v rahlo bazičnih raztopinah, ki jih je odkril Rockefeller Inštitut v letu 1930. 

Pogonske snovi in ​​eksplozivi imajo skupne lastnosti (Rayner-Canham, 2000). Obe delujeta s hitro eksotermno reakcijo, ki proizvaja veliko količino plina. Izpust tega plina je tisto, kar poganja raketo, vendar v primeru eksploziva povzroča škodo, ki nastane zaradi proizvodnje plina, ki povzroči škodo.. 

V reakciji, ki je bila uporabljena v prvih raketnih zrakoplovih, je bila uporabljena mešanica vodikovega peroksida z hidrazinom, v kateri sta reagirala tako, da sta dala molekularni plin dušik in vodo, kot je prikazano v naslednji reakciji: 

Pri seštevanju energij za zapornice vsakega od reaktantov in produktov se izkaže, da se sprosti energija 707 Kj / mol toplote za vsak mol porabljenega hidrazina, kar pomeni zelo eksotermno reakcijo..

To pomeni, da izpolnjuje pričakovanja, ki so potrebna za uporabo kot gorivo v pogonskih gorivih, saj nastajajo zelo velike količine plina z zelo majhnimi količinami obeh reaktivnih tekočin. Glede na reaktivnost in korozijo teh dveh tekočin sta jih zdaj nadomestili varnejše mešanice v skladu z enakimi merili, ki so bila izbrana kot gorivo.. 

Z medicinskega vidika se vodikov peroksid uporablja kot topična rešitev pri čiščenju ran, gnojnih razjed in lokalnih okužb. Pogosto se uporablja pri zdravljenju vnetnih procesov v zunanjem zvočnem kanalu ali pa tudi za grgranje pri zdravljenju faringitisa..

Uporablja se tudi na področju zobozdravstva za čiščenje koreninskih kanalov zob ali drugih votlin v zobni pulpi, v postopkih, kot je endodontija, končno v manjših zobnih procesih..

Uporablja se pri čiščenju ran ali razjed itd. je, ker je sredstvo, ki lahko uniči mikroorganizme, ne pa tudi spore bakterij, to pa ne pomeni, da ubijajo vse mikroorganizme, vendar zmanjšuje njihovo raven, tako da okužbe ne povzročajo večjih težav. Torej bi spadala v raven dezinfekcijskih sredstev in antiseptikov nizke ravni. 

Vodikov peroksid reagira z določenimi diestri, kot je fenil oksalatni ester, in proizvaja kemiluminescenco, to je uporaba sekundarnega tipa, ki jo najdemo v svetlobnih palicah, znana po svojem angleškem imenu kot "žareča palica"..

Poleg vseh uporab se zgodijo zgodovinski incidenti z uporabo vodikovega peroksida, saj je še vedno kemična spojina, ki lahko pri visokih koncentracijah in glede na njeno reaktivnost povzroči eksplozije, kar pomeni, da je potrebna zaščitna oprema. med ravnanjem, kot tudi ob upoštevanju ustreznih pogojev skladiščenja.

Reference

  1. ATSDR. (2003). Strupene snovi - vodikov peroksid. Pridobljeno 17. januarja 2017, iz atsdr.cdc.gov.
  2. Znani znanstveniki - Louis Jacques Thenard odkriva vodikov peroksid. (2015). Pridobljeno 17. januarja 2017, iz humantouchofchemistry.com. 
  3. López-Lázaro, M. (2007). Dvojna vloga vodikovega peroksida v raku: možen pomen za kemoprevencijo in zdravljenje raka. Cancer Letters, 252 (1), 1-8.  
  4. PubChem. (2011). Uree vodikov peroksid. 
  5. PubChem. (2013). Vodikov peroksid. Pridobljeno 15. januar 2017.
  6. Rayner-Canham, G. (2000). Opisna anorganska kemija (2a). Pearson Education. 
  7. Wikipedija v prosti enciklopediji. (2012). Peroksidni vodik. Vzpostavljeno iz wikipedia.org.