Vlastnosti peroxidu vodíka, vzorec, štruktúra a použitie

peroxidu vodíka alebo okysličená voda, dioxogén alebo dioxidano je chemická zlúčenina, ktorá je reprezentovaná vzorcom H202. Vo svojej čistej forme nevykazuje farbu, okrem toho, že je v tekutom stave, ale je o niečo viskóznejšia ako voda v dôsledku množstva "vodíkových mostíkov", ktoré sa môžu tvoriť. 

Tento peroxid je tiež známy ako jeden z najjednoduchších peroxidov, chápaný ako peroxidové zlúčeniny, ktoré majú jednoduchú väzbu medzi kyslíkom a kyslíkom.. 

Jeho použitie je rôznorodé a siaha od jeho výkonu ako okysličovadla, bieliaceho činidla a dezinfekčného prostriedku a dokonca aj pri vysokých koncentráciách sa používa ako palivo pre kozmické lode, ktoré majú osobitný záujem o chémiu pohonných látok a výbušnín.. 

Peroxid vodíka je nestabilný a za prítomnosti zásad alebo katalyzátorov sa rozkladá pomaly. Kvôli tejto nestabilite sa peroxid zvyčajne skladuje s určitým typom stabilizátora, ktorý je v prítomnosti mierne kyslých roztokov. 

Peroxid vodíka sa nachádza v biologických systémoch, ktoré sú súčasťou ľudského tela, a enzýmy, ktoré sa rozkladajú, sú známe ako "peroxidázy".. 

objav

Objav peroxidu vodíka je priradený francúzskemu vedcovi Louisovi Jacquesovi Thenardovi, keď reagoval peroxidom bárnatej s kyselinou dusičnou..

Zlepšená verzia tohto spôsobu používa kyselinu chlorovodíkovú a pridaním kyseliny sírovej, takže sa môže vyzrážať síran bárnatý. Tento proces sa používal od konca devätnásteho storočia až do polovice dvadsiateho storočia na výrobu peroxidu. 

Vždy sa myslelo, že peroxid bol nestabilný, kvôli všetkým neúspešným pokusom izolovať ho od vody. Nestabilitu však spôsobili najmä stopy nečistôt solí prechodných kovov, ktoré katalyzovali ich rozklad. 

Čistý peroxid vodíka bol prvý krát syntetizovaný v roku 1894, takmer 80 rokov po jeho objavení, vďaka vedcovi Richardovi Wolffensteinovi, ktorý ho vyrobil vďaka vákuovej destilácii.. 

Jeho molekulárna štruktúra bola ťažko určiteľná, ale taliansky chemický fyzik Giacomo Carrara bol ten, kto určil svoju molekulovú hmotnosť kryoskopickým zostupom, vďaka čomu sa dá potvrdiť jeho štruktúra. Do tej doby bolo navrhnutých aspoň tucet hypotetických štruktúr.

výroba

Predtým sa peroxid vodíka pripravoval priemyselne hydrolýzou peroxodisíranu amónneho, ktorý sa získal elektrolýzou roztoku hydrogénsíranu amónneho (NH4HS04) v kyseline sírovej..

V súčasnosti sa peroxid vodíka vyrába takmer výlučne antrachinónovým procesom, ktorý bol formalizovaný v roku 1936 a patentovaný v roku 1939. Začína redukciou antrachinónu (ako je 2-etylanthrachinón alebo 2-amylový derivát) na zodpovedajúce antrahydrochinóny, typicky hydrogenáciou na paládiovom katalyzátore.

Antrahydrochinón sa potom podrobí autooxidácii, aby sa regeneroval východiskový antrachinón s peroxidom vodíka ako vedľajším produktom. Väčšina komerčných procesov získava oxidáciu prebublávaním stlačeného vzduchu cez derivatizovaný roztok antracénu, takže kyslík prítomný vo vzduchu reaguje s labilnými atómami vodíka (hydroxylových skupín), čím vzniká peroxid vodíka a regeneruje sa. antrachinón.

Potom sa extrahuje peroxid vodíka a derivát antrachinónu sa znova redukuje na dihydroxyzlúčeninu (antracén) za použitia plynného vodíka v prítomnosti kovového katalyzátora. Po cykle sa opakuje.

Ekonomika spôsobu závisí do značnej miery od účinnej recyklácie chinónu (ktorý je drahý), extrakčných rozpúšťadiel a hydrogenačného katalyzátora..

Vlastnosti peroxidu vodíka

Peroxid vodíka je znázornený ako svetlomodrá kvapalina v zriedených roztokoch a bezfarebný pri teplote miestnosti, s miernou horkou chuťou. Je mierne viskóznejšia ako voda, vďaka vodíkovým väzbám, ktoré sa môžu tvoriť.

Považuje sa za slabú kyselinu (PubChem, 2013). Je to tiež silné oxidačné činidlo, ktoré je zodpovedné za väčšinu svojich aplikácií, ktoré sú okrem samotného oxidantu bieliace - pre papierenský priemysel - a tiež ako dezinfekčný prostriedok. Pri nízkych teplotách sa správa ako kryštalická pevná látka. 

Keď tvorí karbamid peroxid (CH6N2O3) (PubChem, 2011), má pomerne dobre známe použitie ako dentálne bielenie, či už podávané profesionálne, alebo v určitom zmysle.. 

Existuje veľa literatúry o význame peroxidu vodíka v živých bunkách, pretože hrá dôležitú úlohu pri obrane organizmu pred škodlivými hostiteľmi, okrem oxidačných biosyntetických reakcií..

Okrem toho existuje viac dôkazov (PubChem, 2013), že aj pri nízkych hladinách peroxidu vodíka v tele to má zásadnú úlohu najmä vo vyšších organizmoch. Týmto spôsobom sa považuje za dôležité bunkové signálne činidlo, ktoré je schopné modulovať ako dráhy kontrakcie, tak promótory rastu.. 

Vzhľadom na akumuláciu peroxidu vodíka v koži pacientov trpiacich depigmentačnou poruchou "vitiligo" (López-Lázaro, 2007) nemá ľudská epidermis normálnu schopnosť vykonávať svoje funkcie. akumulácia peroxidu môže hrať dôležitú úlohu vo vývoji rakoviny.

Aj experimentálne údaje (López-Lázaro, 2007) ukazujú, že rakovinové bunky produkujú veľké množstvá peroxidu, ktoré sú spojené so striedaním DNA, bunkovou proliferáciou atď.. 

Vo vzduchu sa môže spontánne produkovať malé množstvo peroxidu vodíka. Peroxid vodíka je nestabilný a rýchlo sa rozkladá na kyslík a vodu a uvoľňuje teplo v reakcii. 

Hoci to nie je horľavé, ako už bolo spomenuté, je to silné oxidačné činidlo (ATSDR, 2003), ktoré môže spôsobiť spontánne horenie pri kontakte s organickými materiálmi.. 

V peroxidu vodíka má kyslík (Rayner-Canham, 2000) „abnormálny“ oxidačný stav, pretože páry atómov s rovnakou elektronegativitou sú viazané, preto sa predpokladá, že pár väzbových elektrónov medzi nimi. V tomto prípade má každý atóm kyslíka číslo oxidácie 6 mínus 7, alebo - l, zatiaľ čo atómy vodíka stále majú + l. 

Silná oxidačná sila peroxidu vodíka vzhľadom na vodu je vysvetlená jeho oxidačným potenciálom (Rayner-Canham, 2000), takže môže oxidovať ióny železa (II) na ión železitý (III), ako je znázornené na obr. nasledujúca reakcia:

Peroxid vodíka má tiež vlastnosť dismutar, to znamená, že redukuje aj oxiduje (Rayner-Canham, 2000), čo dokazujú nasledujúce reakcie spolu s ich potenciálom:

Pri pridávaní dvoch rovníc sa získa nasledujúca globálna rovnica:

Hoci "dismutácia" je uprednostňovaná termodynamicky, nie je kineticky zvýhodnená. Ale (Rayner-Canham, 2000), kinetika tejto reakcie môže byť uprednostňovaná použitím katalyzátorov, ako sú jodidové ióny alebo iné ióny prechodných kovov..

Napríklad enzým "kataláza", ktorý je prítomný v našom tele, je schopný katalyzovať túto reakciu, takže ničí škodlivý peroxid, ktorý môže existovať v našich bunkách.. 

Všetky oxidy alkalickej skupiny, energicky reagujú s vodou, aby poskytli zodpovedajúci roztok hydroxidu kovu, ale oxid sodný, vytvára peroxid vodíka a dioxidy produkujú peroxid vodíka a kyslík, ako je uvedené na obrázku. nasledujúce reakcie (Rayner-Canham, 2000):

Ďalšie zaujímavé údaje získané z peroxidu vodíka sú: 

• Molekulová hmotnosť: 34,017 g / mol
• Hustota: 1,11 g / cm3 pri 20 ° C, v roztokoch pri 30% (hmotn./hmotn.) A 1,450 g / cm3 pri 20 ° C v čistých roztokoch.
• Teplota topenia a teplota varu je -0,43 ° C a 150,2 ° C.
• Je miešateľný s vodou.
• Rozpustný v éteroch, alkoholoch a nerozpustný v organických rozpúšťadlách.
• Hodnota jeho kyslosti je pKa = 11,75.

štruktúra

Molekula peroxidu vodíka tvorí neplanárnu molekulu. Hoci väzba kyslíka a kyslíka je jednoduchá, molekula má relatívne vysokú rotačnú bariéru (Wikipedia Encyklopédia Libre, 2012), ak ju porovnáme napríklad s etánom, ktorý je tiež tvorený jednoduchým spojením. 

Táto bariéra je spôsobená odpudivosťou medzi pármi iónov susediacich oxygénov a ukazuje sa, že peroxid je schopný ukázať "atropizoméry", čo sú stereoizoméry, ktoré vznikajú v dôsledku obmedzenej rotácie okolo jednej väzby, kde sú rozdiely v energii spôsobené k stérickej deformácii alebo iným prispievateľom vytvárajú rotačnú bariéru, ktorá je dostatočne vysoká, aby umožnila izoláciu jednotlivých konformérov. 

Štruktúry plynných a kryštalických foriem peroxidu vodíka sa výrazne líšia a tieto rozdiely sa pripisujú vodíkovej väzbe, ktorá v plynnej forme chýba.. 

aplikácie

Bežne sa nachádza peroxid vodíka v nízkych koncentráciách (od 3 do 9%), v mnohých domácnostiach na lekárske použitie (peroxid vodíka), ako aj na bielenie odevov alebo vlasov.. 

Pri vysokých koncentráciách sa používa priemyselne, aj na bielenie textílií a papiera, ako aj na palivo pre kozmické lode, na výrobu hubovitého kaučuku a organických zlúčenín.. 

Odporúča sa spracovávať roztoky peroxidu vodíka, dokonca aj zriedené, s rukavicami a ochranou očí, pretože napáda pokožku. 

Peroxid vodíka je dôležitou priemyselnou chemickou zlúčeninou (Rayner-Canham, 2000); celosvetovo každý rok okolo 106 ton. Peroxid vodíka sa tiež používa ako priemyselné činidlo, napríklad pri syntéze peroxoborátu sodného.

Peroxid vodíka má významnú úlohu pri obnove starých obrazov (Rayner-Canham, 2000), pretože jedným z najčastejšie používaných bielych pigmentov bola olovnatá biela, ktorá by zodpovedala zmiešanému zásaditému uhličitanu, ktorého vzorec je Pb3 ( OH) 2 (C03) 2.

Stopy sírovodíka spôsobujú, že táto biela zlúčenina sa mení na sulfid olovnatý (Il), ktorý je čierny, čo farbí farbu. Aplikácia peroxidu vodíka oxiduje sulfid olovnatý (Il) na biely síran olovnatý (Il), ktorý obnovuje správnu farbu farby podľa nasledujúcej reakcie:

Ďalšou zaujímavou aplikáciou na zvýraznenie (Rayner-Canham, 2000) je jeho aplikácia na zmenu tvaru vlasov, ktoré permanentne napádajú disulfidové mostíky, ktoré má prirodzene pomocou peroxidu vodíka v mierne základných roztokoch, ktoré objavil Rockefeller. Ústavu v roku 1930. 

Propelenty a výbušniny majú mnoho spoločných vlastností (Rayner-Canham, 2000). Obe pracujú pomocou rýchlej exotermickej reakcie, ktorá produkuje veľký objem plynu. Vyhadzovanie tohto plynu je to, čo poháňa raketu dopredu, ale v prípade výbušniny je to hlavne rázová vlna vytváraná produkciou plynu, ktorá spôsobuje poškodenie.. 

Reakcia, ktorá sa použila v prvom raketom poháňanom lietadle, použila zmes peroxidu vodíka s hydrazínom, v ktorej obe reagovali, čím poskytli molekulárny plynný dusík a vodu, ako je znázornené v nasledujúcej reakcii: 

Keď sa sčítajú enkapsulačné energie každého z reaktantov a produktov, výsledkom je, že sa uvoľní energia 707 Kj / mol tepla, pre každý mol spotrebovaného hydrazínu, čo znamená veľmi exotermickú reakciu.

To znamená, že spĺňa očakávania potrebné na použitie ako palivo v pohonných látkach, pretože sa vyrábajú veľmi veľké množstvá plynu, a to prostredníctvom veľmi malých objemov dvoch reaktívnych kvapalín. Vzhľadom na reaktivitu a koróziu týchto dvoch kvapalín boli teraz nahradené bezpečnejšími zmesami na základe rovnakých kritérií, ktoré boli zvolené na použitie ako palivá.. 

Z lekárskeho hľadiska sa peroxid vodíka používa ako lokálny roztok pri čistení rán, hnisavých vredoch a lokálnych infekciách. Často sa používa pri liečení zápalových procesov vo vonkajšom zvukovom kanáli alebo tiež pri kloktaní pri liečbe faryngitídy..

Používa sa aj v oblasti zubného lekárstva na čistenie koreňových kanálikov zubov alebo iných dutín zubnej drene, v procesoch, ako je endodoncia, v konečnom dôsledku v malých dentálnych procesoch..

Jeho použitie pri čistení rán, vredov atď. Je to preto, že je činidlom schopným ničiť mikroorganizmy, ale nie spóry baktérií, to neznamená, že zabíjajú všetky mikroorganizmy, ale znižujú ich úroveň, takže infekcie nejdú k veľkým problémom. Patrilo by teda k úrovni nízkoaktívnych dezinfekčných prostriedkov a antiseptík. 

Peroxid vodíka reaguje s určitými di-estermi, ako napríklad esterom kyseliny oxalátovej, a produkuje chemiluminiscenciu, čo je aplikácia sekundárneho typu, ktorá sa nachádza v ľahkých tyčinkách, známych pod svojím anglickým názvom ako "žiara"..

Okrem všetkých jeho použití, existujú historické incidenty s použitím peroxidu vodíka, pretože je to stále chemická zlúčenina, ktorá pri vysokých koncentráciách a vzhľadom na svoju reaktivitu môže viesť k výbuchom, čo znamená, že ochranné prostriedky sú nevyhnutné. počas manipulácie, ako aj pri zohľadnení primeraných podmienok skladovania.

referencie

1. ATSDR. (2003). Toxické látky - peroxid vodíka. Získané 17. januára 2017, atsdr.cdc.gov.
2. Slávni vedci - Louis Jacques Thenard objavuje peroxid vodíka. (2015). Získané 17. januára 2017, od humantouchofchemistry.com. 
3. López-Lázaro, M. (2007). Duálna úloha peroxidu vodíka pri rakovine: možný význam pre chemoprevenciu a terapiu rakoviny. Cancer Letters, 252 (1), 1-8.  
4. PubChem. (2011). Peroxid vodíka. 
5. PubChem. (2013). Peroxid vodíka. Získané 15. januára 2017.
6. Rayner-Canham, G. (2000). Deskriptívna anorganická chémia (2a). Pearson Education. 
7. Wikipedia Voľná ​​encyklopédia. (2012). Peroxid vodíka. Zdroj: wikipedia.org.