Vlastnosti peroxidu vodíku, vzorec, struktura a použití



peroxid vodíku nebo okysličená voda, dioxogen nebo dioxidano je chemická sloučenina, která je reprezentována vzorcem H202. V jeho čisté formě, to neukazuje barvu, kromě bytí v kapalném stavu, ale to je mírně více viskózní než voda, kvůli množství “vodíkových mostů” to může být tvořeno \ t. 

Tento peroxid je také uznáván jako jeden z nejjednodušších peroxidů, chápaný jako peroxidové sloučeniny, které mají jednoduchou vazbu kyslík-kyslík.. 

Jeho použití jsou rozmanitá, a pohybovat se od jeho síly jako okysličovadlo, bělidlo a dezinfekční prostředek, a dokonce u vysokých koncentrací, to bylo používáno jako palivo pro kosmické lodi, mít zvláštní zájem na chemii pohonných hmot a explosives.. 

Peroxid vodíku je nestabilní a za přítomnosti zásad nebo katalyzátorů se rozkládá pomalu. Vzhledem k této nestabilitě je peroxid obvykle skladován s určitým typem stabilizátoru, který je v přítomnosti mírně kyselých roztoků. 

Peroxid vodíku lze nalézt v biologických systémech, které jsou součástí lidského těla, a enzymy, které působí rozkladem, jsou známy jako "peroxidázy".. 

Objev

Objev peroxidu vodíku je přiřazen francouzskému vědci Louis Jacques Thenard, když reagoval peroxidem barnatým s kyselinou dusičnou..

Zlepšená verze tohoto způsobu používá kyselinu chlorovodíkovou a přidáním kyseliny sírové tak, že může být vysrážen síran barnatý. Tento proces byl používán od konce devatenáctého století až do poloviny dvacátého století k výrobě peroxidu. 

To bylo vždy si myslel, že peroxid byl nestabilní, kvůli všem neúspěšným pokusům izolovat to od vody. Nestabilita však byla způsobena především stopami nečistot solí přechodných kovů, které katalyzovaly jejich rozklad. 

Čistý peroxid vodíku byl poprvé syntetizován v roce 1894, téměř 80 let po jeho objevení, díky vědci Richardu Wolffensteinovi, který ho vyrobil díky vakuové destilaci.. 

Jeho molekulární struktura byla těžko určitelná, ale italský chemický fyzik, Giacomo Carrara, byl ten, kdo určoval svou molekulovou hmotnost kryoskopickým klesáním, díky čemuž lze potvrdit její strukturu. Do té doby bylo navrženo alespoň tucet hypotetických struktur.

Výroba

Dříve byl peroxid vodíku připravován průmyslově hydrolýzou peroxydisulfátu amonného, ​​který byl získán elektrolýzou roztoku hydrogensíranu amonného (NH4HS04) v kyselině sírové..

V současné době je peroxid vodíku vyráběn téměř výhradně anthrachinonovým procesem, který byl formalizován v roce 1936 a patentován v roce 1939. Začíná redukcí antrachinonu (jako je 2-ethylanthrachinon nebo derivát 2-amylu) na odpovídající antrahydrochinon, typicky hydrogenací na palladiovém katalyzátoru.

Antrahydrochinon se potom podrobí autooxidaci za účelem regenerace výchozího antrachinonu s vedlejším produktem peroxidu vodíku. Většina komerčních procesů získává oxidaci probubláváním stlačeného vzduchu přes derivatizovaný anthracenový roztok, takže kyslík přítomný ve vzduchu reaguje s labilními atomy vodíku (hydroxylových skupin), což dává peroxid vodíku a regeneraci. antrachinon.

Peroxid vodíku se potom extrahuje a derivát antrachinonu se znovu redukuje na dihydroxy sloučeninu (antracen) za použití plynného vodíku v přítomnosti kovového katalyzátoru. Po cyklu se opakuje.

Ekonomika způsobu závisí do značné míry na účinné recyklaci chinonu (který je drahý), extrakčních rozpouštědel a hydrogenačního katalyzátoru..

Vlastnosti peroxidu vodíku

Peroxid vodíku je zobrazen jako světle modrá kapalina ve zředěných roztocích a bezbarvá při teplotě místnosti, s mírnou hořkou chutí. To je mírně více viskózní než voda, kvůli vodíkovým vazbám, které mohou tvořit.

Je považován za slabou kyselinu (PubChem, 2013). Je také silným oxidačním činidlem, které je zodpovědné za většinu svých aplikací, které jsou kromě skutečného oxidantu také bělidla - pro papírenský průmysl - a také jako dezinfekční prostředek. Při nízkých teplotách se chová jako krystalická pevná látka. 

Při tvorbě peroxidu karbamidu (CH6N2O3) (PubChem, 2011) má poměrně dobře známé použití jako dentální bělení, a to buď profesionálně, nebo zvláštním způsobem.. 

V literatuře je mnoho literatury o významu peroxidu vodíku v živých buňkách, protože hraje důležitou roli v obraně organismu proti škodlivým hostitelům, kromě oxidačních biosyntetických reakcí..

Kromě toho existuje více důkazů (PubChem, 2013), že i při nízkých koncentracích peroxidu vodíku v těle to má zásadní roli zejména ve vyšších organizmech. Tímto způsobem je považován za důležité buněčné signální činidlo, schopné modulovat jak dráhy kontrakce, tak promotory růstu.. 

Vzhledem k hromadění peroxidu vodíku v kůži pacientů trpících depigmentační poruchou "vitiligo" (López-Lázaro, 2007) nemá lidská epidermis normální schopnost vykonávat své funkce, a proto se navrhuje, aby byla tato epidermis lidského těla. akumulace peroxidu může hrát důležitou roli ve vývoji rakoviny.

I experimentální data (López-Lázaro, 2007) ukazují, že rakovinné buňky produkují velké množství peroxidu, které je spojeno se střídáním DNA, buněčnou proliferací atd.. 

Ve vzduchu může být spontánně produkováno malé množství peroxidu vodíku. Peroxid vodíku je nestabilní a rychle se rozkládá na kyslík a vodu a uvolňuje teplo v reakci. 

Ačkoli to není hořlavé, jak již bylo zmíněno, je to silné oxidační činidlo (ATSDR, 2003), které může způsobit spontánní spalování, když přijde do styku s organickými materiály.. 

V peroxidu vodíku má kyslík (Rayner-Canham, 2000) „abnormální“ oxidační stav, protože páry atomů se stejnou elektronegativitou jsou vázány, proto se předpokládá, že pár vazebných elektronů mezi nimi. V tomto případě má každý atom kyslíku oxidační číslo 6 mínus 7, nebo - l, zatímco atomy vodíku ještě mají + l. 

Silná oxidační síla peroxidu vodíku s ohledem na vodu je vysvětlena jeho oxidačním potenciálem (Rayner-Canham, 2000), takže může oxidovat ionty železnatých (II) na ionty železité (III), jak je ukázáno na Obr. následující reakce:

Peroxid vodíku také má vlastnost dismutar, to je jak redukovat tak oxidovat (Rayner-Canham, 2000), jak ukázaný následujícími reakcemi spolu s jejich potenciálem: \ t

Při přidávání dvou rovnic se získá následující globální rovnice:

Ačkoli “dismutation” je favorizován thermodynamically mluvení, to není kinetically favored. Ale (Rayner-Canham, 2000), kinetika této reakce může být zvýhodněna použitím katalyzátorů, jako je jodidový ion nebo jiné ionty přechodných kovů..

Například enzym "kataláza", který je přítomen v našem těle, je schopen tuto reakci katalyzovat, takže ničí škodlivý peroxid, který může v našich buňkách existovat.. 

Všechny oxidy alkalické skupiny, prudce reagují s vodou, aby poskytly odpovídající roztok hydroxidu kovu, ale oxid sodný, vytváří peroxid vodíku a dioxidy produkují peroxid vodíku a kyslík, jak je ukázáno na obrázku. následující reakce (Rayner-Canham, 2000):

Další zajímavá data získaná z peroxidu vodíku jsou: 

  • Molekulová hmotnost: 34,017 g / mol
  • Hustota: 1,11 g / cm3 při 20 ° C, v roztocích při 30% (w / w) a 1,450 g / cm3 při 20 ° C v čistých roztocích.
  • Teplota tání a teplota varu je -0,43 ° C a 150,2 ° C.
  • Je mísitelná s vodou.
  • Rozpustný v etherech, alkoholech a nerozpustných v organických rozpouštědlech.
  • Hodnota jeho kyselosti je pKa = 11,75.

Struktura

Molekula peroxidu vodíku tvoří neplanární molekulu. I když je vazba kyslík-kyslík jednoduchá, molekula má relativně vysokou rotační bariéru (Wikipedia Encyklopedie Libre, 2012), pokud ji porovnáme například s ethanem, který je také tvořen jednoduchým spojením. 

Tato bariéra je způsobena odpuzováním mezi páry iontů přilehlých kyslíků a ukazuje se, že peroxid je schopen ukázat "atropoizomery", což jsou stereoizomery, které vznikají v důsledku omezené rotace kolem jediné vazby, kde dochází k rozdílům v energii. k sterické deformaci nebo jiným přispěvatelům vytvářejí rotační bariéru, která je dostatečně vysoká, aby umožnila izolaci jednotlivých konformerů. 

Struktury plynných a krystalických forem peroxidu vodíku se významně liší a tyto rozdíly jsou přisuzovány vodíkové vazbě, která v plynné formě chybí.. 

Použití

Běžné je najít peroxid vodíku v nízkých koncentracích (od 3 do 9%), v mnoha domácnostech pro lékařské aplikace (peroxid vodíku), stejně jako pro bělení oděvů nebo vlasů.. 

Při vysokých koncentracích se používá průmyslově, také pro bělení textilií a papíru, stejně jako paliva pro kosmické lodě, výrobu houbovitého kaučuku a organických sloučenin.. 

Doporučuje se zpracovávat roztoky peroxidu vodíku, a to i zředěné, s rukavicemi a ochranou očí, protože napadá pokožku. 

Peroxid vodíku je důležitá průmyslová chemická sloučenina (Rayner-Canham, 2000); celosvětově každý rok kolem 106 tun. Peroxid vodíku se také používá jako průmyslové činidlo, například při syntéze peroxoborátu sodného.

Peroxid vodíku má důležitou aplikaci v restaurování starých maleb (Rayner-Canham, 2000), protože jeden z bílých pigmentů, který se používá převážně, byl olovnatý, což by odpovídalo smíšenému základnímu uhličitanu, jehož vzorec je Pb3 ( OH) 2 (C03) 2.

Stopy sirovodíku způsobují, že tato bílá sloučenina se promění na sulfid olova (Il), který je černý, který zbarví barvu. Aplikace peroxidu vodíku oxiduje sulfid olova (Il) na bílý síran olovnatý (Il), který obnovuje správnou barvu nátěru podle následující reakce:

Další zvědavá aplikace, kterou je třeba zdůraznit (Rayner-Canham, 2000), je její aplikace, která mění tvar vlasů permanentně působících na disulfidové můstky, které má přirozeně pomocí peroxidu vodíku v mírně základních roztocích, které objevil Rockefeller. Ústav v roce 1930. 

Propelenty a výbušniny mají mnoho společných vlastností (Rayner-Canham, 2000). Oba pracují rychlou exotermní reakcí, která produkuje velký objem plynu. Vyhoštění tohoto plynu je to, co pohání raketu dopředu, ale v případě výbušniny je to především rázová vlna generovaná výrobou plynu, která způsobuje poškození.. 

Reakce, která byla použita v prvním letadle s raketovým pohonem, použila směs peroxidu vodíku s hydrazinem, ve kterém oba reagovaly, což dávalo molekulární plynný dusík a vodu, jak je znázorněno v následující reakci: 

Při sčítání enkapsových energií každého z reaktantů a produktů dochází k uvolnění energie 707 Kj / mol tepla, pro každý mol spotřebovaného hydrazinu, což znamená velmi exotermní reakci.

To znamená, že splňuje očekávání potřebná pro použití jako palivo v pohonných hmotách, protože se produkují velmi velké objemy plynu, a to prostřednictvím velmi malých objemů dvou reaktivních kapalin. Vzhledem k reaktivitě a korozi těchto dvou kapalin jsou nyní tyto kapaliny nahrazeny bezpečnějšími směsmi na základě stejných kritérií, která byla zvolena pro použití jako paliva.. 

V lékařském aspektu se peroxid vodíku používá jako topický roztok při čištění ran, hnisavých vředů a lokálních infekcí. Často se používá při léčbě zánětlivých procesů v externím sluchovém kanálu nebo také při kloktání při léčbě faryngitidy..

Používá se také v oblasti stomatologie pro čištění kořenových kanálků zubů nebo jiných dutin zubní buničiny, v procesech, jako je endodoncie, nakonec v drobných dentálních procesech..

Jeho použití při čištění ran nebo vředů atd. Je to proto, že je činidlem schopným ničit mikroorganismy, ale ne spory bakterií, to neznamená, že by zabíjely všechny mikroorganismy, ale snižují úroveň těchto mikroorganismů, takže infekce nejdou k velkým problémům. Patřilo by tedy k úrovni nízkoaktivních dezinfekčních prostředků a antiseptik. 

Peroxid vodíku reaguje s určitými di-estery, jako je fenyl oxalátový ester, a produkuje chemiluminiscenci, což je aplikace sekundárního typu, která se nachází ve světelných barech, známých pod svým anglickým názvem jako "žhavá tyčinka".

Kromě všech jeho použití, tam jsou historické incidenty s použitím peroxidu vodíku, protože to je ještě chemická sloučenina, která u vysokých koncentrací a daný jeho reaktivita, smět vést k výbuchům, který znamená, že ochranné vybavení je nutné. při manipulaci, jakož i při zohlednění odpovídajících podmínek skladování.

Odkazy

  1. ATSDR. (2003). Toxické látky - peroxid vodíku. Získáno 17. ledna 2017 z atsdr.cdc.gov.
  2. Slavní vědci - Louis Jacques Thenard objeví peroxid vodíku. (2015). Získáno 17. ledna 2017, od humantouchofchemistry.com. 
  3. López-Lázaro, M. (2007). Duální úloha peroxidu vodíku v rakovině: možná relevance pro chemoprevenci a terapii rakoviny. Cancer Letters, 252 (1), 1-8.  
  4. PubChem. (2011). Peroxid vodíku. 
  5. PubChem. (2013). Peroxid vodíku. Získáno 15. ledna 2017.
  6. Rayner-Canham, G. (2000). Deskriptivní anorganická chemie (2a). Pearson Education. 
  7. Wikipedia zdarma encyklopedie. (2012). Peroxid vodíku. Zdroj: wikipedia.org.