Väteperoxid: Egenskaper, formel, struktur och användningsområden

Väteperoxid eller väteperoxid, dioxogen eller dioxidan är en kemisk förening som representeras av formeln H2O2. I sin rena form visar den inte färg, förutom att den är i flytande tillstånd, men det är något mer visköst än vatten, på grund av mängden "vätebroar" som kan bildas.

Denna peroxid är också känd som en av de enklaste peroxiderna, vilket betyder peroxid de föreningar som har en enkel syre-syrebindning.

Dess användningsområden varierar, allt från dess kraft som oxidationsmedel, blekmedel och desinfektionsmedel, och till och med vid höga koncentrationer har den använts som ett bränsle för rymdfarkoster, som har speciell intresse för kemikalierna för drivmedel och sprängämnen.

Väteperoxid, är en instabil och sönderdelas långsamt i närvaro av baser eller katalysatorer. På grund av denna instabilitet lagras peroxiden vanligen med någon typ av stabilisator, som är i närvaro av något sura lösningar.

Väteperoxid kan hittas i biologiska system som ingår i människokroppen, och de enzymer som verkar genom sönderdelning är kända som "peroxidaser".

upptäckt

Upptäckten av väteperoxid tilldelas den franska forskaren Louis Jacques Thenard, när han reagerade bariumperoxiden med salpetersyra.

En förbättrad version av denna process användes saltsyra och genom tillsats av svavelsyra så att bariumsulfat kunde utfällas. Denna process användes från slutet av nittonde århundradet till mitten av det tjugonde århundradet för att producera peroxid.

Man trodde alltid att peroxiden var instabil tack vare alla misslyckade försök att isolera det från vattnet. Men instabiliteten berodde huvudsakligen på föroreningar av salterna av övergångsmetallerna, vilket katalyserade deras sönderdelning.

Ren väteperoxid syntetiserades för första gången 1894, nästan 80 år efter upptäckten, tack vare forskaren Richard Wolffenstein, som producerade den tack vare vakuumdestillation.

Dess molekylära struktur var svår att bestämma, men den italienska kemiska fysikern Giacomo Carrara var den som bestämde sin molekylmassa genom cryoskopisk nedstigning, tack vare vilken dess struktur kan bekräftas. Fram till dess hade åtminstone ett dussin hypotetiska strukturer föreslagits.

tillverkning

Tidigare framställdes väteperoxid industriellt genom hydrolys av ammoniumperoxidisulfat, som erhölls genom elektrolys av en lösning av ammoniumbisulfat (NH4HS04) i svavelsyra.

I dag tillverkas väteperoxid nästan uteslutande av antrakinonprocessen, som formaliserades 1936 och patenterades 1939. Den börjar med reduktionen av en antrakinon (såsom 2-etylantrakinon eller 2-amylderivatet) till motsvarande anthrahydrokinon, typiskt genom hydrogenering över en palladiumkatalysator.

Antrahydrokinonen genomgår därefter autoxidering för att regenerera utgångsantrakinonet, med väteperoxid som en biprodukt. De flesta kommersiella processerna erhåller oxidation genom att bubblera komprimerad luft genom en derivatiserad antracenlösning så att syrgaset i luften reagerar med de labila väteatomerna (av hydroxigrupperna), vilket ger väteperoxid och regenererande antrakinonen.

Väteperoxiden extraheras sedan och antrakinonderivatet reduceras igen till dihydroxiföreningen (antracen) med användning av vätgas i närvaro av en metallkatalysator. Efter cykeln upprepas.

Processens ekonomi beror i stor utsträckning på effektiv återvinning av kinon (vilket är dyrt), extraktionslösningsmedlen och hydreringskatalysatorn.

Egenskaper för väteperoxid

Väteperoxid visas som en ljusblå vätska i utspädda lösningar och färglös vid rumstemperatur, med en liten bitter smak. Det är något mer visköst än vatten, på grund av vätebindningarna som det kan bilda.

Det anses vara en svag syra (PubChem, 2013). Det är också ett starkt oxidationsmedel, som är ansvarigt för de flesta av dess tillämpningar som förutom själva oxideringsmedlet är blekmedel - för pappersindustrin - och även som desinfektionsmedel. Vid låga temperaturer uppträder det som ett kristallint fastämne.

När den bildar karbamidperoxiden (CH6N2O3) (PubChem, 2011) har den en ganska känd användning som tandblekning, antingen administrerat professionellt eller på ett visst sätt.

Det finns mycket litteratur om vikten av väteperoxid i levande celler, eftersom den spelar en viktig roll i försvaret av organismen mot skadliga värdar, förutom oxidativa biosyntetiska reaktioner.

Dessutom finns det fler bevis (PubChem, 2013) att även vid låga halter av väteperoxid i kroppen har detta en grundläggande roll, särskilt i högre organismer. Således betraktas det som ett viktigt cellulärt signalerande medel, som är i stånd att modulera både sammandragnings- och tillväxtpromotorer.

På grund av ackumuleringen av väteperoxid i huden hos patienter som lider av depigmenteringsstörningen "vitiligo" (López-Lázaro, 2007), har den mänskliga epidermis inte den normala förmågan att utföra sina funktioner, så det föreslås att ackumuleringen av peroxid kan spela en viktig roll i utvecklingen av cancer.

Även experimentella data (López-Lázaro, 2007) visar att cancerceller producerar en stor mängd peroxid, som är förknippade med DNA-växlingar, cellproliferation etc.

Små mängder väteperoxid kan produceras spontant i luften. Väteperoxid är instabil och sönderdelas snabbt i syre och vatten och frigör värme i reaktionen.

Trots att det inte är brandfarligt, är det som nämnts ett starkt oxidationsmedel (ATSDR, 2003), vilket kan orsaka spontan förbränning när det kommer i kontakt med organiska material.

I väteperoxid har syre (Rayner-Canham, 2000) ett "abnormt" oxidationstillstånd, eftersom par av atomer med samma elektronegativitet är kopplade, därför antas att paret av bindande elektroner är dela upp dem. I detta fall har varje syreatom ett oxidationsnummer av 6 minus 7 eller -l, medan väteatomerna fortfarande har + 1.

Den kraftfulla oxidationseffekten av väteperoxid med avseende på vatten förklaras av dess oxidationspotential (Rayner-Canham, 2000), så att den kan oxidera järn (II) jon till järn (III) jon, såsom visas i följande reaktion:

Väteperoxid har också egenskapen av dismutar, det vill säga både reducera och oxidera (Rayner-Canham, 2000), vilket framgår av följande reaktioner tillsammans med deras potential:

När man lägger till de två ekvationerna erhålls följande globala ekvation:

Även om "dismutation" favoriseras termodynamiskt sett, är den kinetiskt inte gynnad. Men (Rayner-Canham, 2000) kan kinetiken för denna reaktion gynnas med användning av katalysatorer, såsom jodidjonen eller andra övergångsmetalljoner.

Exempelvis kan enzymet "katalas" som är närvarande i vår kropp, katalysera denna reaktion så att den förstör den skadliga peroxiden som kan förekomma i våra celler.

Alla oxider av den alkaliska gruppen reagerar kraftigt med vattnet, för att ge motsvarande lösning av metallhydroxiden, men natriumdioxiden, alstrar väteperoxid, och dioxiderna producerar väteperoxid och syre, såsom visas i följande reaktioner (Rayner-Canham, 2000):

Andra intressanta data som samlas in från väteperoxid är:

  • Molekylmassa: 34, 017 g / mol
  • Densitet: 1, 11 g / cm3 vid 20 ºC, i lösningar vid 30% (vikt / vikt) och 1, 450 g / cm3 vid 20 ºC i rena lösningar.
  • Smält- och kokpunkten är -0, 43 ° C respektive 150, 2 ° C.
  • Det är blandbart med vatten.
  • Lösligt i etrar, alkoholer och olösliga i organiska lösningsmedel.
  • Värdet av dess surhet är pKa = 11, 75.

struktur

Molekylen av väteperoxid utgör en icke-plan molekyl. Även om syre-syrebindningen är enkel har molekylen en relativt hög rotationsbarriär (Wikipedia, Encyclopedia Libre, 2012), om vi jämför det till exempel med etan som också bildas av ett enda band.

Denna barriär beror på avstötningen mellan jonparen hos de angränsande oxiderna och det visar sig att peroxiden kan visa "atropisomerer", vilka är stereoisomerer som uppstår på grund av den hindrade rotationen kring ett enkelbindning, där energiförskjutningarna beror på till sterisk deformation eller andra bidragsgivare skapar de ett rotationsbarriär som är tillräckligt hög för att möjliggöra isolering av individuella konformörer.

Strukturerna för de gasformiga och kristallina formerna av väteperoxid skiljer sig signifikant, och dessa skillnader är hänförda till vätebindningen som saknas i gasformen.

tillämpningar

Det är vanligt att hitta väteperoxid i låga koncentrationer (från 3 till 9%), i många hem för medicinska tillämpningar (väteperoxid), liksom för vitare kläder eller hår.

Vid höga koncentrationer används den industriellt, även för vitning av textilier och papper, samt bränsle för rymdfarkoster, tillverkning av svampigt gummi och organiska föreningar.

Det är lämpligt att hantera väteperoxidlösningar, även utspädda, med handskar och ögonskydd, eftersom det anfaller huden.

Väteperoxid är en viktig industriell kemisk förening (Rayner-Canham, 2000); som uppstår runt 106 ton över hela världen varje år. Väteperoxid används också som ett industriellt reagens, exempelvis i syntesen av natriumperoxoborat.

Väteperoxid har en viktig tillämpning vid restaurering av gamla målningar (Rayner-Canham, 2000), eftersom en av de vita pigmenten som mest användes var blyvit, vilket skulle motsvara ett blandat basiskt karbonat, vars formel är Pb3 OH) 2 (CO3) 2.

Spår av vätesulfid orsakar att denna vita förening omvandlas till blysulfid (Il), som är svart, vilket färgar färgen. Användningen av väteperoxid oxiderar blysulfiden (Il) till vitt blysulfat (Il), vilket återställer färgens korrekta färg efter följande reaktion:

En annan nyfiken tillämpning för att lyfta fram (Rayner-Canham, 2000) är dess tillämpning för att förändra hårets form som permanent attackerar disulfidbroarna som detta naturligt har med hjälp av väteperoxid i lite basiska lösningar som upptäckts av Rockefeller Institutet år 1930.

Drivmedel och sprängämnen har många egenskaper gemensamt (Rayner-Canham, 2000). Båda arbetar med en snabb exoterm reaktion som producerar en stor mängd gas. Utvisningen av denna gas är vad som driver raket framåt, men i fallet med sprängämnet är det främst den chockvåg som alstras av produktionen av den gas som orsakar skadan.

Reaktionen som användes i det första raketdrivna flygplanet användes en blandning av väteperoxid med hydrazin, i vilken båda reagerade, vilket gav molekylär kvävegas och vatten, såsom illustreras i följande reaktion:

När man summerar inkapslingsenergierna för var och en av reaktanterna och produkterna, resulterar det i att en energi på 707 Kj / mol värme frisätts, för varje mol hydrazin som förbrukas, vilket innebär en mycket exoterm reaktion.

Det innebär att det uppfyller de förväntningar som krävs för att användas som bränsle i drivmedel, eftersom mycket stora volymer gas produceras genom mycket små volymer av de två reaktiva vätskorna. Med tanke på reaktiviteten och korrosionen av dessa två vätskor har de nu ersatts av säkrare blandningar i baser till samma kriterier som valdes för att användas som bränslen.

I den medicinska aspekten används väteperoxid som aktuell lösning vid rening av sår, sårande sår och lokala infektioner. Det har ofta använts vid behandling av inflammatoriska processer i den yttre hörselgången, eller för att gurgla i faryngitbehandlingar.

Det används också inom tandvårdsområdet för att rengöra rotkanalerna i tänderna eller andra håligheter i tandmassan, i processer som endodonti, i sista hand i mindre dentalprocesser.

Dess användning vid rengöring av sår eller sår etc. beror på att det är ett medel som kan förstöra mikroorganismer, men inte bakteriernas sporer, det betyder inte att döda alla mikroorganismer, men det minskar nivån på dessa, så att infektioner inte går till stora problem. Så det skulle tillhöra nivån av desinfektionsmedel med låg nivå och antiseptika.

Väteperoxid reagerar med vissa diestrar, såsom fenyloxalatestern, och producerar kemiluminescens. Detta är en applikation av sekundär typ, som finns i ljusstänger, känd genom sitt engelska namn som "glödstift" .

Förutom alla dess användningar finns det historiska incidenter med användning av väteperoxid, eftersom det fortfarande är en kemisk förening som vid höga koncentrationer och med dess reaktivitet kan leda till explosioner, vilket innebär att skyddsutrustning är nödvändig. individ under hanteringen, samt med hänsyn till lämpliga lagringsförhållanden.