Vandenilio peroksidas: savybės, formulė, struktūra ir naudojimo būdai

Vandenilio peroksidas arba vandenilio peroksidas, dioksenas arba dioksidanas yra cheminis junginys, kurio formulė yra H2O2. Savo grynąja forma ji neturi spalvos, be to, yra skystoje būsenoje, tačiau ji yra šiek tiek klampesnė už vandenį, nes gali susidaryti „vandenilio tiltai“.

Šis peroksidas taip pat pripažįstamas vienu iš paprasčiausių peroksidų, o tai reiškia, kad peroksidas yra tie junginiai, kurie turi paprastą deguonies ir deguonies ryšį.

Jo panaudojimas yra įvairus: nuo galios kaip oksidatorius, balinimo agentas ir dezinfekavimo priemonė, ir netgi esant didelėms koncentracijoms, jis buvo naudojamas kaip erdvėlaivių kuras, ypatingą susidomėjimą variklių ir sprogmenų chemija.

Vandenilio peroksidas yra nestabilus ir lėtai skaidosi, kai yra bazių ar katalizatorių. Dėl šio nestabilumo peroksidas paprastai laikomas su tam tikru stabilizatoriumi, kuris yra šiek tiek rūgštinių tirpalų.

Vandenilio peroksidas gali būti randamas biologinėse sistemose, kurios yra žmogaus kūno dalis, ir fermentai, veikiantys skiliant, yra žinomi kaip "peroksidazės".

„Discovery“

Vandenilio peroksido atradimas priskirtas prancūzų mokslininkui Louisui Jacquesui Tadardui, kai jis reagavo į bario peroksidą su azoto rūgštimi.

Patobulinta šio proceso versija buvo druskos rūgštis ir pridedant sieros rūgšties, kad būtų galima nusodinti bario sulfatą. Šis procesas buvo naudojamas nuo XIX a. Pabaigos iki XX a. Vidurio, kad būtų gaminamas peroksidas.

Visada buvo manoma, kad peroksidas buvo nestabilus dėl visų nesėkmingų bandymų jį išskirti iš vandens. Tačiau nestabilumą daugiausia lėmė pereinamųjų metalų druskų priemaišos, kurios katalizavo jų skilimą.

Grynas vandenilio peroksidas pirmą kartą buvo sintezuotas 1894 m., Beveik 80 metų po jo atradimo, dėka mokslininko Richard Wolffenstein, kuris jį gamino vakuuminio distiliavimo dėka.

Jo molekulinę struktūrą buvo sunku nustatyti, tačiau italų chemijos fizikas Giacomo Carrara buvo tas, kuris savo molekulinę masę nustatė krioskopiniu nusileidimu, kurio dėka galima patvirtinti jo struktūrą. Iki to momento buvo pasiūlyta bent dešimtis hipotetinių struktūrų.

Gamyba

Anksčiau vandenilio peroksidas buvo pramoniniu būdu paruoštas hidrolizuojant amonio peroksidisulfatą, kuris buvo gaunamas elektrolizuojant amonio bisulfato (NH4HSO4) tirpalą sieros rūgštyje.

Šiandien vandenilio peroksidą gamina beveik išskirtinai antrakonono procesas, kuris buvo oficialiai įformintas 1936 m. Ir patentuotas 1939 m. Jis prasideda nuo antrakinono (pvz., 2-etilantrakinono arba 2-amilo darinio) redukcijos iki atitinkamas antrahidrochinonas, paprastai hidrinant per paladžio katalizatorių.

Anthrahidrochinonas po to atlieka autoksidaciją, kad regeneruotų pradinį antrakinoną, kurio šalutinis produktas yra vandenilio peroksidas. Dauguma komercinių procesų oksiduojasi, burbuliuojant suslėgtą orą per derivatizuotą antraceno tirpalą, kad ore esantis deguonis reaguotų su labiliais vandenilio atomais (hidroksi grupėmis), suteikdamas vandenilio peroksido ir regeneruodamas antrakinonas.

Tuomet vandenilio peroksidas ekstrahuojamas, o antrakinono darinys vėl redukuojamas į dihidroksi junginį (antraceną), naudojant vandenilio dujas, dalyvaujant metalo katalizatoriui. Po ciklo kartojimo.

Proceso ekonomika labai priklauso nuo chinono (kuris yra brangus), ekstrahentų ir hidrinimo katalizatoriaus efektyvaus perdirbimo.

Vandenilio peroksido savybės

Vandenilio peroksidas yra kaip šviesiai mėlynas skystis praskiestuose tirpaluose ir bespalvis kambario temperatūroje, šiek tiek kartaus skonio. Jis yra šiek tiek klampesnis už vandenį, nes jis gali sudaryti vandenilio jungtis.

Tai laikoma silpna rūgštimi (PubChem, 2013). Tai taip pat yra stiprus oksidatorius, kuris yra atsakingas už didžiausią jos panaudojimą, o ne tik kaip oksidatorius, bet ir balinimo priemonė - popieriaus pramonei - ir kaip dezinfekavimo priemonė. Esant žemai temperatūrai, ji veikia kaip kristalinė kieta medžiaga.

Kai jis formuoja karbamido peroksidą (CH6N2O3) (PubChem, 2011), jis turi visuotinai pripažintą naudojimą kaip dantų balinimą, kuris skiriamas profesionaliai arba tam tikru būdu.

Yra daug literatūros apie vandenilio peroksido svarbą gyvose ląstelėse, nes ji atlieka svarbų vaidmenį ginant organizmą nuo kenksmingų šeimininkų, be oksidacinių biosintezės reakcijų.

Be to, yra daugiau įrodymų (PubChem, 2013), kad net ir esant mažam vandenilio peroksido kiekiui organizme, tai ypač svarbus aukštuose organizmuose. Taigi jis laikomas svarbiu ląstelių signalizavimo agentu, galinčiu moduluoti tiek susitraukimo, tiek augimo stimuliatorius.

Atsižvelgiant į vandenilio peroksido kaupimąsi pacientams, sergantiems depigmentacijos sutrikimu "vitiligo" (López-Lázaro, 2007), žmogaus epidermis neturi įprastų pajėgumų atlikti savo funkcijas, todėl siūloma, kad peroksido kaupimasis gali vaidinti svarbų vaidmenį vystant vėžį.

Netgi eksperimentiniai duomenys (López-Lázaro, 2007) rodo, kad vėžio ląstelės gamina daug peroksido, kuris yra susijęs su DNR pakaitomis, ląstelių proliferacija ir pan.

Nedidelis kiekis vandenilio peroksido gali būti gaminamas spontaniškai ore. Vandenilio peroksidas yra nestabilus ir greitai suskaidomas į deguonį ir vandenį, todėl reakcijoje atsiranda šiluma.

Nepaisant to, kad jis nėra degus, kaip jau minėta, tai galingas oksidatorius (ATSDR, 2003), kuris gali sukelti savaiminį degimą, kai jis liečiasi su organinėmis medžiagomis.

Vandenilio peroksiduose deguonis (Rayner-Canham, 2000) turi „nenormalią“ oksidacijos būseną, nes su tuo pačiu elektronegatyvumu susijusių atomų poros yra susietos, todėl reikia daryti prielaidą, kad jungiamųjų elektronų pora yra tarp jų. Tokiu atveju kiekvieno deguonies atomo oksidacijos skaičius yra 6 minus 7, arba - l, o vandenilio atomai vis dar turi + l.

Vandenilio peroksido galinga oksidacinė galia vandens atžvilgiu paaiškinama jos oksidacijos potencialu (Rayner-Canham, 2000), todėl ji gali oksiduoti geležies (II) joną į geležies (III) joną, kaip parodyta ši reakcija:

Vandenilio peroksidas taip pat turi dismutaro savybę, ty mažina ir oksiduojasi (Rayner-Canham, 2000), kaip rodo šios reakcijos kartu su jų potencialu:

Pridėjus dvi lygtis, gaunama tokia pasaulinė lygtis:

Nors termodinaminiu požiūriu „dismutacija“ yra palanki, kinetiniu požiūriu tai NĖRA palanki. Tačiau (Rayner-Canham, 2000) šios reakcijos kinetika gali būti naudinga naudojant katalizatorius, pvz., Jodido joną arba kitus pereinamojo metalo jonus.

Pavyzdžiui, mūsų organizme esantis fermentas "katalazė" gali katalizuoti šią reakciją, kad ji sunaikintų kenksmingą peroksidą, kuris gali egzistuoti mūsų ląstelėse.

Visi šarminės grupės oksidai aktyviai reaguoja su vandeniu, kad gautų atitinkamą metalo hidroksido tirpalą, bet natrio dioksidą, generuoja vandenilio peroksidą, o dioksidai gamina vandenilio peroksidą ir deguonį, kaip parodyta šios reakcijos (Rayner-Canham, 2000):

Kiti įdomūs duomenys, gauti iš vandenilio peroksido, yra:

• Molekulinė masė: 34, 017 g / mol
• Tankis: 1, 11 g / cm3 20 ° C temperatūroje, tirpaluose, kuriuose yra 30% (m / m), ir 1450 g / cm3 20 ° C temperatūroje grynais tirpalais.
• Lydymosi ir virimo taškai yra atitinkamai -0, 43 ° C ir 150, 2 ° C.
• Jis yra maišomas su vandeniu.
• Tirpsta eteriuose, alkoholiuose ir netirpsta organiniuose tirpikliuose.
• Jo rūgštingumo vertė yra pKa = 11, 75.

Struktūra

Vandenilio peroksido molekulė sudaro ne plokštinę molekulę. Nors deguonies ir deguonies jungtis yra paprasta, molekulė turi santykinai didelę rotacijos barjerą (Wikipedia the Encyclopedia Libre, 2012), jei lyginame ją, pavyzdžiui, su etanu, kurį taip pat sudaro vienintelis ryšys.

Ši kliūtis atsirado dėl gretimų oksigenų jonų porų atbaidymo ir paaiškėja, kad peroksidas gali parodyti "atropizomerus", kurie yra stereoizomerai, atsirandantys dėl kliūčių sukimosi aplink vieną jungtį, kur energijos skirtumai yra susiję sterilios deformacijos ar kitų prisidedančiųjų, jie sukuria rotacijos barjerą, kuris yra pakankamai aukštas, kad būtų galima atskirti atskirus konformerius.

Vandenilio peroksido dujinių ir kristalinių formų struktūros labai skiriasi, ir šie skirtumai priskiriami vandenilio jungčiai, kuri nėra dujinėje formoje.

Naudojimas

Įprasta, kad vandenilio peroksidas yra mažas (nuo 3 iki 9%), daugelyje namų medicinos reikmėms (vandenilio peroksidas), taip pat drabužių ar plaukų balinimui.

Didelėse koncentracijose jis naudojamas pramoniniu būdu, taip pat tekstilės ir popieriaus balinimui, taip pat kosminiams laivams, gaubiamojo kaučiuko ir organinių junginių gamybai.

Patartina naudoti net ir praskiestus vandenilio peroksido tirpalus su pirštinėmis ir akių apsauga, nes jis užpuls odą.

Vandenilio peroksidas yra svarbus pramoninis cheminis junginys (Rayner-Canham, 2000); kasmet visame pasaulyje yra apie 106 tonų. Vandenilio peroksidas taip pat naudojamas kaip pramoninis reagentas, pavyzdžiui, natrio peroksoborato sintezėje.

Vandenilio peroksidas turi svarbų taikymą restauruojant senus paveikslus (Rayner-Canham, 2000), nes vienas iš dažniausiai naudojamų baltų pigmentų buvo švino baltas, kuris atitiktų mišrią bazinį karbonatą, kurio formulė yra Pb3 ( OH) 2 (C03) 2.

Vandenilio sulfido pėdsakai sukelia baltą junginį, kuris virsta švino sulfidu (Il), kuris yra juodas, kuris dažo dažus. Vandenilio peroksido panaudojimas oksiduoja švino sulfidą (Il) į baltą švino sulfatą (Il), kuris atkuria teisingą dažų spalvą po šios reakcijos:

Kitas įdomus taikymas (Rayner-Canham, 2000) - tai jos taikymas keisti plaukus, nuolat atakuojančius disulfidinius tiltus, kad tai natūraliai naudojant vandenilio peroksidą šiek tiek pagrindiniuose sprendimuose, kuriuos atrado Rockefeller Institutas 1930 metais.

Propelentai ir sprogmenys turi daug bendrų savybių (Rayner-Canham, 2000). Abu darbai atliekami naudojant greitą eksoterminę reakciją, kuri gamina didelį dujų kiekį. Šios dujos yra pašalinamos iš raketės į priekį, bet sprogmenų atveju tai yra daugiausia smūginės bangos, atsirandančios dėl dujų susidarymo.

Reakcija, kuri buvo panaudota pirmojo raketinio variklio orlaivyje, naudojo vandenilio peroksido ir hidrazino mišinį, kuriame abi reakcijos davė molekulinį azotą ir vandenį, kaip parodyta šioje reakcijoje:

Sumuojant kiekvienos reagento ir produkto kapsulių energiją, gaunama 707 Kj / mol šilumos energija kiekvienai suvartotai hidrazino molai, o tai reiškia labai egzoterminę reakciją.

Tai reiškia, kad jis atitinka lūkesčius, reikalingus naudoti kaip kurą degaluose, nes gaminami labai dideli dujų kiekiai per labai mažus dviejų reaktyviųjų skysčių kiekius. Atsižvelgiant į šių dviejų skysčių reaktyvumą ir koroziją, dabar jie buvo pakeisti saugesniais mišiniais remiantis tais pačiais kriterijais, kurie buvo pasirinkti naudoti kaip kuras.

Medicininiu požiūriu vandenilio peroksidas naudojamas kaip aktualus tirpalas žaizdų valymui, pūlingoms opoms ir vietinėms infekcijoms. Jis dažnai vartojamas gydant uždegiminius procesus išoriniame klausos kanale, taip pat gydant faringito gydymą.

Jis taip pat naudojamas stomatologijos srityje dantų šaknų kanalų ar kitų dantų minkštimo ertmių valymui, procesuose, tokiuose kaip endodontika, galiausiai nedideliuose dantų procesuose.

Jo naudojimas valant žaizdas ar opas ir kt. yra tai, kad jis yra agentas, galintis sunaikinti mikroorganizmus, bet ne bakterijų sporas, tai nereiškia, kad žudomi visi mikroorganizmai, bet sumažina jų lygį, kad infekcijos nesukeltų didelių problemų. Taigi jis priklausytų žemo lygio dezinfekavimo priemonių ir antiseptikų lygiui.

Vandenilio peroksidas reaguoja su tam tikrais diesteriais, pvz., Fenilo oksalato esteriu, ir gamina chemiliuminescenciją, tai yra antrinio tipo taikymas, rastas šviesos strypuose, žinomas kaip angliškas pavadinimas kaip „glow stick“.,

Be visų naudojimo būdų, yra istorinių incidentų, naudojant vandenilio peroksidą, nes jis vis dar yra cheminis junginys, kuris didelėmis koncentracijomis ir atsižvelgiant į jo reaktyvumą gali sukelti sprogimą, o tai reiškia, kad būtina apsauginė įranga. tvarkymo metu, taip pat atsižvelgiant į tinkamas laikymo sąlygas.