Свойства перекиси водорода, формула, структура и применение



перекись водорода или насыщенная кислородом вода, диоксоген или диоксидан представляет собой химическое соединение, которое представлено формулой H2O2. В чистом виде он не показывает цвет, кроме того, что находится в жидком состоянии, но он немного более вязкий, чем вода, из-за количества «водородных мостиков», которые могут образовываться. 

Этот пероксид также признан одним из самых простых пероксидов, понимаемых как пероксидные соединения, которые имеют простую кислород-кислородную связь. 

Его применение разнообразно и варьируется от его мощности в качестве окислителя, отбеливающего вещества и дезинфицирующего средства, и даже при высоких концентрациях он использовался в качестве топлива для космических аппаратов, особенно интересуясь химией пропеллентов и взрывчатых веществ.. 

Перекись водорода нестабильна и медленно разлагается в присутствии оснований или катализаторов. Из-за этой нестабильности пероксид обычно хранится с некоторым типом стабилизатора, который находится в присутствии слабокислых растворов.. 

Перекись водорода может быть найдена в биологических системах, которые являются частью человеческого организма, а ферменты, которые действуют, разлагая ее, известны как «пероксидазы».. 

открытие

Открытие перекиси водорода поручено французскому ученому Луи Жаку Тенору, когда он прореагировал перекисью бария с азотной кислотой.

В улучшенном варианте этого процесса использовалась соляная кислота и добавлялась серная кислота, чтобы сульфат бария мог осаждаться. Этот процесс использовался с конца девятнадцатого века до середины двадцатого века для производства перекиси. 

Всегда считалось, что пероксид нестабилен из-за всех неудачных попыток изолировать его от воды. Но нестабильность, в основном, была связана со следами примесей солей переходных металлов, которые катализировали их разложение. 

Чистая перекись водорода была впервые синтезирована в 1894 году, спустя почти 80 лет после ее открытия, благодаря ученому Ричарду Вольфенштейну, который произвел ее благодаря вакуумной дистилляции.. 

Его молекулярную структуру было трудно определить, но итальянский химический физик Джакомо Каррара был тем, кто определил его молекулярную массу с помощью криоскопического спуска, благодаря чему его структура может быть подтверждена. До тех пор, по крайней мере, дюжина гипотетических структур была предложена.

производство

Ранее перекись водорода готовили в промышленных условиях путем гидролиза пероксидисульфата аммония, который был получен электролизом раствора бисульфата аммония (NH4HSO4) в серной кислоте..

В настоящее время перекись водорода производится почти исключительно методом антрахинона, который был формализован в 1936 году и запатентован в 1939 году. Он начинается с восстановления антрахинона (такого как 2-этилантрахинон или производное 2-амила) до соответствующий антрагидрохинон, обычно гидрированием на палладиевом катализаторе.

Затем антрагидрохинон подвергается автоокислению для регенерации исходного антрахинона с перекисью водорода в качестве побочного продукта. Большинство коммерческих процессов получают окисление путем барботирования сжатого воздуха через дериватизированный раствор антрацена, так что кислород, присутствующий в воздухе, реагирует с лабильными атомами водорода (гидроксильных групп), давая перекись водорода и регенерируя антрахинона.

Затем перекись водорода экстрагируют и производное антрахинона снова восстанавливают до дигидроксисоединения (антрацена) с использованием газообразного водорода в присутствии металлического катализатора. После повторения цикла.

Экономичность процесса в значительной степени зависит от эффективной рециркуляции хинона (который является дорогостоящим), экстракционных растворителей и катализатора гидрирования..

Свойства перекиси водорода

Перекись водорода показана в виде светло-голубой жидкости в разбавленных растворах и бесцветная при комнатной температуре, с легким горьким вкусом. Он немного более вязкий, чем вода, из-за водородных связей, которые могут образовывать.

Это считается слабой кислотой (PubChem, 2013). Это также сильный окислитель, который отвечает за большинство его применений, которые в дополнение к действительному в качестве окислителя являются отбеливателем - для бумажной промышленности - а также в качестве дезинфицирующего средства. При низких температурах он ведет себя как кристаллическое твердое вещество. 

Когда он образует перекись карбамида (CH6N2O3) (PubChem, 2011), он довольно широко используется в качестве отбеливания зубов, либо проводится профессионально, либо определенным образом.. 

Существует много литературы о важности перекиси водорода в живых клетках, поскольку она играет важную роль в защите организма от вредных хозяев, в дополнение к окислительным биосинтетическим реакциям..

Кроме того, есть больше доказательств (PubChem, 2013), что даже при низких уровнях перекиси водорода в организме это играет фундаментальную роль, особенно у высших организмов. Таким образом, он считается важным клеточным сигнальным агентом, способным модулировать как пути сокращения, так и промоторы роста.. 

Из-за накопления перекиси водорода в коже пациентов, страдающих депигментирующим расстройством "витилиго" (López-Lázaro, 2007), человеческий эпидермис не обладает нормальной способностью выполнять свои функции, поэтому предполагается, что накопление перекиси может играть важную роль в развитии рака.

Даже экспериментальные данные (López-Lázaro, 2007) показывают, что раковые клетки производят большое количество пероксида, что связано с чередованием ДНК, пролиферацией клеток и т. Д.. 

Небольшие количества перекиси водорода могут возникать самопроизвольно в воздухе. Перекись водорода нестабильна и быстро разлагается на кислород и воду, выделяя тепло в реакции. 

Хотя он не является легковоспламеняющимся, как уже упоминалось, он является мощным окислителем (ATSDR, 2003), который может вызывать самовозгорание при контакте с органическими материалами.. 

В перекиси водорода кислород (Rayner-Canham, 2000) имеет «ненормальное» состояние окисления, поскольку пары атомов с одинаковой электроотрицательностью связаны, поэтому предполагается, что пара связывающих электронов разделить между ними. В этом случае каждый атом кислорода имеет степень окисления 6 минус 7 или - l, в то время как атомы водорода все еще имеют + 1. 

Мощная окислительная способность пероксида водорода по отношению к воде объясняется его окислительным потенциалом (Rayner-Canham, 2000), так что он может окислять ион железа (II) до иона железа (III), как показано на следующая реакция:

Перекись водорода также обладает свойством dismutar, то есть как восстанавливать, так и окислять (Rayner-Canham, 2000), о чем свидетельствуют следующие реакции и их потенциал:

При сложении двух уравнений получается следующее глобальное уравнение:

Хотя «дисмутация» предпочтительнее с точки зрения термодинамики, она не является кинетически предпочтительной. Но (Rayner-Canham, 2000) кинетика этой реакции может быть благоприятной при использовании катализаторов, таких как йодид-ион или другие ионы переходных металлов..

Например, фермент «каталаза», который присутствует в нашем организме, способен катализировать эту реакцию, так что он уничтожает вредную перекись, которая может существовать в наших клетках.. 

Все оксиды щелочной группы энергично реагируют с водой, давая соответствующий раствор гидроксида металла, но диоксид натрия образует перекись водорода, а диоксиды образуют перекись водорода и кислород, как показано на следующие реакции (Rayner-Canham, 2000):

Другие интересные данные, собранные из перекиси водорода: 

  • Молекулярная масса: 34,017 г / моль
  • Плотность: 1,11 г / см3 при 20 ° C, в растворах при 30% (вес / вес) и 1450 г / см3 при 20 ° C в чистых растворах.
  • Точки плавления и кипения составляют -0,43 ° C и 150,2 ° C соответственно.
  • Смешивается с водой.
  • Растворим в эфирах, спиртах и ​​нерастворим в органических растворителях.
  • Значение его кислотности pKa = 11,75.

структура

Молекула перекиси водорода представляет собой неплоскую молекулу. Хотя связь кислород-кислород проста, молекула имеет относительно высокий барьер вращения (Wikipedia the Encyclopedia Libre, 2012), если мы сравним ее, например, с этаном, который также образован простой связью. 

Этот барьер обусловлен отталкиванием между ионными парами соседних атомов кислорода, и оказывается, что пероксид способен проявлять "атропоизомеры", которые являются стереоизомерами, которые возникают из-за затрудненного вращения вокруг одинарной связи, где различия в энергии обусловлены для стерической деформации или других факторов, они создают барьер вращения, который достаточно высок, чтобы позволить изоляцию отдельных конформеров. 

Структуры газообразных и кристаллических форм перекиси водорода значительно различаются, и эти различия относятся к водородной связи, которая отсутствует в газообразной форме. 

приложений

Часто встречается перекись водорода в низких концентрациях (от 3 до 9%), во многих домах для медицинского применения (перекись водорода), а также для отбеливания одежды или волос.. 

В высоких концентрациях его используют в промышленности, также для отбеливания текстиля и бумаги, а также в качестве топлива для космических аппаратов, изготовления губчатой ​​резины и органических соединений.. 

Рекомендуется обрабатывать растворы пероксида водорода, даже разбавленные, перчатками и средствами защиты глаз, потому что они воздействуют на кожу. 

Перекись водорода является важным промышленным химическим соединением (Rayner-Canham, 2000); происходит около порядка 106 тонн по всему миру каждый год. Перекись водорода также используется в качестве промышленного реагента, например, при синтезе пероксобората натрия.

Перекись водорода имеет важное применение при реставрации старых картин (Rayner-Canham, 2000), поскольку одним из используемых в основном белых пигментов был свинцово-белый, что соответствует смешанному основному карбонату, формула которого Pb3 ( ОН) 2 (С03) 2.

Следы сероводорода заставляют это белое соединение превращаться в сульфид свинца (Il), который является черным, который окрашивает краску. Применение перекиси водорода окисляет сульфид свинца (Il) до белого сульфата свинца (Il), который восстанавливает правильный цвет краски, следуя следующей реакции:

Еще одним любопытным приложением для выделения (Rayner-Canham, 2000) является его применение для изменения формы волос, постоянно нападающих на дисульфидные мостики, которые он имеет, естественно, с помощью перекиси водорода в слегка основных растворах, обнаруженных Рокфеллером. Институт в 1930 году. 

Пропелленты и взрывчатые вещества имеют много общих свойств (Rayner-Canham, 2000). Оба работают посредством быстрой экзотермической реакции, которая производит большой объем газа. Изгнание этого газа - то, что движет ракетой вперед, но в случае взрывчатого вещества это - главным образом ударная волна, произведенная производством газа, который вызывает повреждение. 

В реакции, которая использовалась в первом ракетном летательном аппарате, использовалась смесь перекиси водорода с гидразином, в которой оба реагировали, давая молекулярный газообразный азот и воду, как показано в следующей реакции: 

При суммировании энергий оболочки каждого из реагентов и продуктов получается энергия 707 кДж / моль тепла на каждый моль потребленного гидразина, что означает очень экзотермическую реакцию.

Это означает, что он соответствует ожиданиям, необходимым для использования в качестве топлива в ракетном топливе, поскольку очень большие объемы газа образуются через очень малые объемы двух реакционноспособных жидкостей. Учитывая реакционную способность и коррозию этих двух жидкостей, они теперь были заменены более безопасными смесями в основаниях по тем же критериям, которые были выбраны для использования в качестве топлива.. 

В медицинском аспекте перекись водорода используется в качестве местного раствора при очистке ран, гнойных язв и местных инфекций. Он часто используется для лечения воспалительных процессов в наружном слуховом канале, а также для полоскания горла при лечении фарингита..

Он также используется в области стоматологии для очистки корневых каналов зубов или других полостей зубной пульпы, в таких процессах, как эндодонтия, в конечном итоге при незначительных зубных процессах..

Его используют при очистке ран или язв и т. Д. потому что это агент, способный уничтожать микроорганизмы, но не споры бактерий, это не означает, что они уничтожают все микроорганизмы, но снижает их уровень, так что инфекции не приводят к серьезным проблемам. Так что это относится к уровню дезинфектантов и антисептиков низкого уровня. 

Перекись водорода реагирует с некоторыми сложными диэфирами, такими как сложный эфир фенилоксалата, и производит хемилюминесценцию, это применение вторичного типа, встречающееся в светлых полосах, известных под своим английским названием «светящийся стержень».

В дополнение ко всем его применениям, существуют исторические инциденты с использованием перекиси водорода, поскольку это все еще химическое соединение, которое при высоких концентрациях и с учетом его реакционной способности может привести к взрывам, что означает, что необходимо защитное оборудование. индивидуально при обращении, а также с учетом адекватных условий хранения.

ссылки

  1. ATSDR. (2003). Токсичные вещества - перекись водорода. Получено 17 января 2017 г., от atsdr.cdc.gov.
  2. Известные ученые - Луи Жак Тенард обнаруживает перекись водорода. (2015). Получено 17 января 2017 г., от humantouchofchemistry.com. 
  3. Лопес-Лазаро, М. (2007). Двойная роль перекиси водорода в раке: возможное отношение к химиопрофилактике и терапии рака. Буквы Рака, 252 (1), 1-8.  
  4. PubChem. (2011). Мочевина перекись водорода. 
  5. PubChem. (2013). Перекись водорода. Получено 15 января 2017 г..
  6. Rayner-Canham, G. (2000). Начертательная неорганическая химия (2а). Пирсон Образование. 
  7. Википедия Свободная энциклопедия. (2012). Перекись водорода. Получено с wikipedia.org.