Svojstva, formula, struktura i upotreba vodikovog peroksida



vodikov peroksid ili kisikova voda, dioksogen ili dioksidano je kemijski spoj koji je predstavljen formulom H2O2. U svom čistom obliku, ne pokazuje boju, osim što je u tekućem stanju, ali je nešto viskoznija od vode, zbog količine "vodikovih mostova" koji se mogu formirati. 

Ovaj peroksid je također prepoznat kao jedan od najjednostavnijih peroksida, shvaćen kao peroksidni spojevi koji imaju jednostavnu kisik-kisikovu vezu. 

Njegova upotreba je različita i kreće se od njegove moći kao oksidansa, sredstva za izbjeljivanje i dezinfekcijskog sredstva, pa čak i pri visokim koncentracijama, koristi se kao gorivo za svemirske letjelice, s posebnim interesom za kemiju pogonskih goriva i eksploziva.. 

Vodikov peroksid je nestabilan i polako se raspada u prisustvu baza ili katalizatora. Zbog te nestabilnosti, peroksid se obično skladišti s nekom vrstom stabilizatora, koji je u prisutnosti blago kiselih otopina. 

Vodikov peroksid može se naći u biološkim sustavima koji su dio ljudskog tijela, a enzimi koji ga razgrađuju poznati su kao "peroksidaze".. 

otkriće

Otkriće vodikovog peroksida dodijeljeno je francuskom znanstveniku Louisu Jacquesu Thardaru, kada je reagirao barijev peroksid s dušičnom kiselinom..

Poboljšana inačica ovog procesa koristila je klorovodičnu kiselinu i dodavanjem sumporne kiseline tako da se može istaložiti barijev sulfat. Ovaj proces je korišten od kraja devetnaestog stoljeća do sredine dvadesetog stoljeća za proizvodnju peroksida. 

Uvijek se smatralo da je peroksid nestabilan, zbog svih neuspjelih pokušaja da se izolira iz vode. No, nestabilnost, uglavnom zbog tragova nečistoća soli prijelaznih metala, koja je katalizirala njihovu razgradnju. 

Čisti vodikov peroksid sintetiziran je prvi put 1894., gotovo 80 godina nakon otkrića, zahvaljujući znanstveniku Richardu Wolffensteinu koji ga je proizveo zahvaljujući vakuumskoj destilaciji. 

Njezinu molekularnu strukturu je bilo teško odrediti, ali talijanski kemijski fizičar, Giacomo Carrara, bio je onaj koji je odredio njegovu molekularnu masu krioskopskim spuštanjem, zahvaljujući čemu se njegova struktura može potvrditi. Do tada je bilo predloženo barem desetak hipotetičkih struktura.

proizvodnja

Prethodno je vodikov peroksid bio pripravljen industrijski hidrolizom amonij peroksidisulfata, koji je dobiven elektrolizom otopine amonij bisulfata (NH4HSO4) u sumpornoj kiselini..

Danas je vodikov peroksid gotovo isključivo proizveden antrakinonskim postupkom, koji je 1936. godine formaliziran i patentiran 1939. godine. Počinje s redukcijom antrakinona (kao što je 2-etilantrakinon ili 2-amilni derivat) na odgovarajući antrahidrokinon, tipično hidrogenacijom na paladijskom katalizatoru.

Antrahidrokinon se zatim podvrgava autoksidaciji da bi regenerirao polazni antrakinon, s vodikovim peroksidom kao nusproduktom. Većina komercijalnih procesa dobiva oksidaciju propuštanjem komprimiranog zraka kroz otopinu derivatizirane antracena, tako da kisik prisutan u zraku reagira s labilnim atomima vodika (hidroksilnih skupina), dajući vodikov peroksid i regenerirajući antrakinon.

Vodikov peroksid se zatim ekstrahira, a derivat antrakinona ponovno reducira na dihidroksi spoj (antracen) uz upotrebu vodikovog plina u prisutnosti metalnog katalizatora. Nakon ponavljanja ciklusa.

Ekonomija procesa u velikoj mjeri ovisi o učinkovitom recikliranju kinona (koji je skup), otapala za ekstrakciju i katalizatora hidriranja..

Svojstva vodikovog peroksida

Vodikov peroksid je prikazan kao svijetloplava tekućina u razrijeđenim otopinama i bezbojan na sobnoj temperaturi, s blagim gorkim okusom. Nešto je više viskozan od vode zbog vodikovih veza koje se mogu formirati.

Smatra se slabom kiselinom (PubChem, 2013). Također je snažan oksidirajući agens, koji je odgovoran za većinu njegovih primjena koje su osim stvarnog kao oksidanti, izbjeljivač - za industriju papira - i također kao dezinfekcijsko sredstvo. Na niskim temperaturama ponaša se kao kristalna krutina. 

Kada se formira karbamidni peroksid (CH6N2O3) (PubChem, 2011), prilično je dobro poznat kao izbjeljivanje zubi, bilo profesionalno ili na određen način. 

Postoji mnogo literature o važnosti vodikovog peroksida u živim stanicama, budući da ima važnu ulogu u obrani organizma od štetnih domaćina, uz oksidativne biosintetske reakcije..

Osim toga, postoji više dokaza (PubChem, 2013) da čak i na niskim razinama vodikovog peroksida u tijelu, to ima temeljnu ulogu osobito u višim organizmima. Na taj se način smatra važnim staničnim signalnim agensom, sposobnim za modulaciju i kontrakcijskih putova i promotora rasta. 

Zbog nakupljanja vodikovog peroksida u koži pacijenata koji pate od depigmentacijskog poremećaja "vitiligo" (López-Lázaro, 2007), ljudska epiderma nema normalnu sposobnost za obavljanje svojih funkcija, na taj način se predlaže da nakupljanje peroksida može igrati važnu ulogu u razvoju raka.

Čak i eksperimentalni podaci (López-Lázaro, 2007) pokazuju da stanice raka proizvode velike količine peroksida, koje su povezane s izmjenama DNA, proliferacijom stanica itd.. 

Male količine vodikovog peroksida mogu se spontano proizvesti u zraku. Vodikov peroksid je nestabilan i brzo se raspada na kisik i vodu, oslobađajući toplinu u reakciji. 

Iako nije zapaljiv, kao što je već spomenuto, snažan je oksidacijski agens (ATSDR, 2003), koji može izazvati spontano izgaranje kada dođe u kontakt s organskim materijalima. 

U vodikovom peroksidu kisik (Rayner-Canham, 2000) ima "nenormalno" oksidacijsko stanje, budući da su parovi atoma s istom elektronegativnošću vezani, stoga se pretpostavlja da je par veznih elektrona podijeliti između njih. U tom slučaju svaki atom kisika ima oksidacijski broj od 6 minus 7, ili - l, dok atomi vodika još uvijek imaju + l.. 

Snažna oksidacijska snaga vodikovog peroksida u odnosu na vodu objašnjava se njegovim oksidacijskim potencijalom (Rayner-Canham, 2000), tako da može oksidirati željezni (II) ion u feri (III) ion, kao što je prikazano u sljedeće reakcije:

Vodikov peroksid također ima svojstvo dismutara, odnosno reducira i oksidira (Rayner-Canham, 2000), kao što pokazuju sljedeće reakcije zajedno s njihovim potencijalom:

Kada se dodaju dvije jednadžbe, dobiva se sljedeća globalna jednadžba:

Iako je termodinamički rečeno "dismutacija", ona nije kinetički omiljena. Ali (Rayner-Canham, 2000), kinetika ove reakcije može se favorizirati uporabom katalizatora kao što je jodidni ion ili drugi ioni prijelaznih metala..

Na primjer, enzim "katalaza" koji je prisutan u našem tijelu, sposoban je katalizirati ovu reakciju, tako da uništava štetni peroksid koji može postojati u našim stanicama.. 

Svi oksidi alkalne skupine reagiraju snažno s vodom, da bi se dobila odgovarajuća otopina metalnog hidroksida, ali natrijev dioksid stvara vodikov peroksid, a dioksidi proizvode vodikov peroksid i kisik, kako je prikazano u sljedeće reakcije (Rayner-Canham, 2000):

Ostali zanimljivi podaci prikupljeni od vodikovog peroksida su: 

  • Molekulska masa: 34,017 g / mol
  • Gustoća: 1,11 g / cm3 pri 20 ° C, u otopinama od 30% (w / w) i 1,450 g / cm3 pri 20 ° C u čistim otopinama.
  • Točke taljenja i vrelišta su -0,43 ° C, odnosno 150,2 ° C.
  • Može se miješati s vodom.
  • Topiva u eterima, alkoholima i netopiva u organskim otapalima.
  • Vrijednost njegove kiselosti je pKa = 11,75.

struktura

Molekula vodikovog peroksida čini ne-planarnu molekulu. Iako je veza kisik-kisik jednostavna, molekula ima relativno visoku rotacijsku barijeru (Wikipedia Encyclopedia Libre, 2012), ako je usporedimo na primjer s onom etana koji je također formiran jednostavnom vezom. 

Ova barijera je posljedica odbijanja između ionskih parova susjednih kisika i ispada da peroksid može pokazati "atropizomere" koji su stereoizomeri koji nastaju zbog ometane rotacije oko jednostruke veze, gdje su razlike energije zbog za steričnu deformaciju ili druge doprinose, oni stvaraju rotacijsku barijeru koja je dovoljno visoka da omogući izolaciju pojedinačnih konformera. 

Strukture plinovitih i kristalnih oblika vodikovog peroksida značajno se razlikuju, a te se razlike pripisuju vodikovoj vezi koja je odsutna u plinovitom obliku.. 

aplikacije

U mnogim domovima za medicinsku primjenu (vodikov peroksid), kao i za izbjeljivanje odjeće ili kose uobičajeno je pronaći vodikov peroksid u niskim koncentracijama (od 3 do 9%).. 

U visokim koncentracijama koristi se industrijski, također za bijeljenje tekstila i papira, kao i goriva za svemirske letjelice, proizvodnju spužvaste gume i organskih spojeva. 

Preporučljivo je rukovati otopinama vodikovog peroksida, čak i one razrijeđene, rukavicama i zaštitom za oči, jer napadaju kožu. 

Vodikov peroksid je važan industrijski kemijski spoj (Rayner-Canham, 2000); oko 106 tona godišnje u svijetu. Vodikov peroksid se također koristi kao industrijski reagens, na primjer u sintezi natrijevog peroksoborata.

Vodik peroksid ima važnu primjenu u obnovi starih slika (Rayner-Canham, 2000), budući da je jedan od najčešće korištenih bijelih pigmenata bio olovno bijeli, koji bi odgovarao miješanom bazičnom karbonatu, čija je formula Pb3 ( OH) 2 (C03) 2.

Tragovi sumporovodika uzrokuju da se ovaj bijeli spoj pretvori u olovni sulfid (Il), koji je crn, što stvara boju. Primjena vodikovog peroksida oksidira olovni sulfid (Il) u bijeli olovni sulfat (Il), koji vraća ispravnu boju boje, slijedeći sljedeću reakciju:

Još jedna zanimljiva primjena koju treba istaknuti (Rayner-Canham, 2000) je njezina primjena u mijenjanju oblika kose trajno napadajući disulfidne mostove koje to prirodno ima vodikov peroksid u blago bazičnim otopinama koje je otkrio Rockefeller Institut u godini 1930. 

Propelanti i eksplozivi imaju mnoga zajednička svojstva (Rayner-Canham, 2000). Oba djeluju pomoću brze egzotermne reakcije koja proizvodi veliku količinu plina. Izbacivanje ovog plina je ono što pokreće raketu naprijed, ali u slučaju eksploziva to je uglavnom udarni val koji nastaje proizvodnjom plina koji uzrokuje oštećenje.. 

Reakcija koja je korištena u prvom raketnom zrakoplovu, koristila je smjesu vodikovog peroksida s hidrazinom, u kojoj su reagirali i dali molekularni plin dušik i vodu, kao što je prikazano u sljedećoj reakciji: 

Prilikom zbrajanja energija začepljenja svakog od reaktanata i proizvoda, dobiva se oslobađanje energije od 707 Kj / mol topline, za svaki mol konzumiranog hidrazina, što znači vrlo egzotermnu reakciju..

To znači da udovoljava očekivanjima potrebnim da se koristi kao gorivo u pogonskim gorivima, budući da se proizvode vrlo velike količine plina kroz vrlo male količine dviju reaktivnih tekućina. S obzirom na reaktivnost i koroziju tih dviju tekućina, one su sada zamijenjene sigurnijim smjesama u osnovi prema istim kriterijima koji su odabrani za upotrebu kao goriva.. 

U medicinskom smislu, vodikov peroksid se koristi kao topikalna otopina za čišćenje rana, gnojnih ulkusa i lokalnih infekcija. Često se koristi u liječenju upalnih procesa u vanjskom slušnom kanalu, ili također za grgljanje u liječenju faringitisa..

Također se koristi u području stomatologije za čišćenje korijenskih kanala zuba ili drugih šupljina zubne pulpe, u procesima poput endodoncije, u konačnici u manjim zubnim procesima.

Koristi se za čišćenje rana, čireva itd. To je zato što je to sredstvo sposobno uništiti mikroorganizme, ali ne i bakterijske spore, to ne znači da ubijaju sve mikroorganizme, ali to smanjuje njihovu razinu, tako da infekcije ne prelaze na velike probleme. To bi pripadalo razini dezinficijensa i antiseptika niske razine. 

Vodikov peroksid reagira s određenim diestrima, kao što je ester fenoksalata, i proizvodi kemiluminescenciju, to je primjena sekundarnog tipa, pronađena u svjetlosnim šipkama, poznata po svom engleskom nazivu kao "sjajni štapić"..

Uz sve njegove uporabe, postoje povijesni incidenti s uporabom vodikovog peroksida, budući da je to još uvijek kemijski spoj koji u visokim koncentracijama i s obzirom na njegovu reaktivnost može dovesti do eksplozija, što znači da je potrebna zaštitna oprema. tijekom rukovanja, kao i uzimajući u obzir odgovarajuće uvjete skladištenja.

reference

  1. ATSDR. (2003). Otrovne tvari - vodikov peroksid. Preuzeto 17. siječnja 2017., iz atsdr.cdc.gov.
  2. Poznati znanstvenici - Louis Jacques Thenard otkriva vodikov peroksid. (2015). Preuzeto 17. siječnja 2017. iz humantouchofchemistry.com. 
  3. López-Lázaro, M. (2007). Dvostruka uloga vodikovog peroksida u raku: moguća relevantnost za kemoprevenciju i terapiju raka. Cancer Letters, 252 (1), 1-8.  
  4. Pubchem. (2011). Urea vodik peroksid. 
  5. Pubchem. (2013). Vodikov peroksid. Pristupljeno 15. siječnja 2017.
  6. Rayner-Canham, G. (2000). Opisna anorganska kemija (2a). Obrazovanje Pearson. 
  7. Wikipedia slobodna enciklopedija. (2012). Peroksid vodik. Preuzeto s wikipedia.org.