Ūdeņraža peroksīda īpašības, formula, struktūra un lietošanas veidi



The ūdeņraža peroksīds vai skābekli saturošs ūdens, dioksogēns vai dioksidāns ir ķīmisks savienojums, ko attēlo formula H2O2. Tā tīrā formā nav redzama krāsa, turklāt tā ir šķidrā stāvoklī, bet tā ir nedaudz viskozāka nekā ūdens, jo var veidoties "ūdeņraža tilti", ko var veidot. 

Šo peroksīdu atzīst arī par vienu no vienkāršākajiem peroksīdiem, ko saprot kā peroksīda savienojumus, kuriem ir vienkārša skābekļa-skābekļa saite.. 

Tās izmantošanas veidi ir dažādi, un tie svārstās no tā kā oksidētājs, balināšanas līdzeklis un dezinfekcijas līdzeklis, un pat lielās koncentrācijās tas ir izmantots kā degviela kosmosa kuģiem, kam ir īpaša interese par propelentu un sprāgstvielu ķīmiju.. 

Ūdeņraža peroksīds ir nestabils un lēni sadalās bāzu vai katalizatoru klātbūtnē. Šā nestabilitātes dēļ peroksīds parasti tiek uzglabāts ar kāda veida stabilizatoru, kas ir nedaudz skābu šķīdumu klātbūtnē. 

Ūdeņraža peroksīdu var atrast bioloģiskajās sistēmās, kas ir cilvēka ķermeņa daļa, un fermenti, kas darbojas, sadalot to, ir pazīstami kā "peroksidāzes".. 

Atklāšana

Ūdeņraža peroksīda atklāšana ir piešķirta franču zinātniekam Louis Jacques Thenard, kad viņš reaģēja ar bārija peroksīdu ar slāpekļskābi..

Uzlabotā šī procesa versija izmantoja sālsskābi un pievienojot sērskābi tā, lai varētu nogulsnēt bārija sulfātu. Šo procesu izmantoja no deviņpadsmitā gadsimta beigām līdz divdesmitā gadsimta vidum, lai iegūtu peroksīdu. 

Vienmēr domāja, ka peroksīds bija nestabils, jo visi nespēja to izolēt no ūdens. Bet nestabilitāte galvenokārt bija saistīta ar pārejas metālu sāļu piemaisījumu pēdām, kas katalizēja to sadalīšanos.. 

Tīrais ūdeņraža peroksīds pirmo reizi tika sintezēts 1894. gadā, gandrīz 80 gadus pēc tā atklāšanas, pateicoties zinātniekam Ričards Volffenšteins, kurš to ražoja, pateicoties vakuuma destilācijai.. 

Tās molekulāro struktūru bija grūti noteikt, bet itāļu ķīmiskais fiziķis Giacomo Carrara bija tas, kurš noteica molekulmasu ar krioskopisko nolaišanos, pateicoties tam, tā struktūru var apstiprināt. Līdz tam laikam tika ierosinātas vismaz ducis hipotētiskas struktūras.

Ražošana

Agrāk ūdeņraža peroksīds tika rūpnieciski sagatavots, apstrādājot amonija peroksidisulfāta hidrolīzi, kas iegūta, izšķīdinot amonija bisulfāta (NH4HSO4) šķīdumu sērskābē..

Mūsdienās ūdeņraža peroksīds tiek ražots gandrīz vienīgi ar antrakinona procesu, kas tika formalizēts 1936. gadā un patentēts 1939. gadā. Tas sākas ar antrakinona (piemēram, 2-etilantrahinona vai 2-amila atvasinājuma) reducēšanu uz atbilstošu antrahidrohinonu, parasti hidrogenējot uz pallādija katalizatora.

Pēc tam antrahidrokinons tiek pakļauts autoksidācijai, lai reģenerētu sākuma antrakinonu, kā blakusproduktu kā ūdeņraža peroksīdu. Lielākajā daļā komerciālo procesu oksidējas, izplūstot saspiestu gaisu, izmantojot atvasinātu antracēna šķīdumu, tā ka gaisā esošais skābeklis reaģē ar labilajiem ūdeņraža atomiem (hidroksilgrupu grupām), dodot ūdeņraža peroksīdu un reģenerējot antrakinonu.

Tad ūdeņraža peroksīds tiek ekstrahēts, un antrakinona atvasinājums atkal tiek reducēts uz dihidroksi savienojumu (antracēnu), izmantojot ūdeņraža gāzi metāla katalizatora klātbūtnē. Pēc cikla atkārtošanās.

Procesa ekonomika lielā mērā ir atkarīga no hinona (kas ir dārga), ekstrakcijas šķīdinātāju un hidrogenēšanas katalizatora efektīvas pārstrādes..

Ūdeņraža peroksīda īpašības

Ūdeņraža peroksīds tiek parādīts kā gaiši zils šķidrums atšķaidītos šķīdumos un bezkrāsaina istabas temperatūrā ar nelielu rūgto garšu. Tas ir nedaudz viskozāks nekā ūdens, jo var veidoties ūdeņraža saites.

To uzskata par vāju skābi (PubChem, 2013). Tas ir arī spēcīgs oksidētājs, kas ir atbildīgs par lielāko daļu tās pielietojumu, kas papildus faktiskajam kā oksidētājam ir balinātājs - papīra rūpniecībai un arī kā dezinfekcijas līdzeklis. Zemās temperatūrās tā darbojas kā kristāliska cieta viela. 

Kad tiek veidots karbamīda peroksīds (CH6N2O3) (PubChem, 2011), tam ir diezgan plaši pazīstama lietošana kā zobu balināšana, kas tiek ievadīta profesionāli vai konkrētā veidā. 

Ir daudz literatūras par ūdeņraža peroksīda nozīmi dzīvajās šūnās, jo tai ir svarīga loma organisma aizsardzībā pret kaitīgiem saimniekiem, papildus oksidatīvām biosintētiskām reakcijām..

Turklāt ir vairāk pierādījumu (PubChem, 2013), ka pat zemā ūdeņraža peroksīda daudzumā organismā tam ir būtiska nozīme, jo īpaši augstākajos organismos. Tādā veidā to uzskata par svarīgu šūnu signalizācijas aģentu, kas spēj modulēt gan kontrakcijas ceļus, gan augšanas veicinātājus.. 

Sakarā ar ūdeņraža peroksīda uzkrāšanos pacientiem, kas slimo ar depigmentācijas traucējumiem "vitiligo" (López-Lázaro, 2007), cilvēka epidermai nav normālas spējas pildīt savas funkcijas, tādējādi tiek ieteikts peroksīda uzkrāšanās var būt nozīmīga vēža attīstībā.

Pat eksperimentālie dati (López-Lázaro, 2007) liecina, ka vēža šūnas rada lielu peroksīda daudzumu, kas saistīts ar DNS pārmaiņām, šūnu proliferāciju utt.. 

Nelielu daudzumu ūdeņraža peroksīda var radīt spontāni gaisā. Ūdeņraža peroksīds ir nestabils un ātri sadalās skābeklī un ūdenī, atbrīvojot siltumu reakcijā. 

Lai gan tas nav uzliesmojošs, kā jau minēts, tas ir spēcīgs oksidētājs (ATSDR, 2003), kas var izraisīt pašaizdegšanos, kad tas nonāk saskarē ar organiskiem materiāliem.. 

Ūdeņraža peroksīdā skābeklim (Rayner-Canham, 2000) ir "patoloģiska" oksidācijas pakāpe, jo ir piesaistīti atomu pāri, kuriem ir tāds pats elektronegativitāte, tāpēc tiek pieņemts, ka savienojošo elektronu pāris sadalīt. Šajā gadījumā katra skābekļa atoma oksidācijas skaits ir 6 mīnus 7, vai - l, bet ūdeņraža atomiem joprojām ir + l. 

Ūdeņraža peroksīda spēcīgo oksidējošo spēju attiecībā pret ūdeni izskaidro tā oksidācijas potenciāls (Rayner-Canham, 2000), lai tā varētu oksidēt dzelzs (II) jonu uz dzelzs (III) jonu, kā parādīts šādu reakciju:

Ūdeņraža peroksīdam piemīt arī dismutāra īpašība, tas ir, gan samazina, gan oksidējas (Rayner-Canham, 2000), kā liecina šādas reakcijas kopā ar to potenciālu:

Pievienojot divus vienādojumus, tiek iegūts šāds globālais vienādojums:

Kaut arī termodinamiski tiek atbalstīta "dismutācija", tā nav kinētiski labvēlīga. Taču (Rayner-Canham, 2000) šīs reakcijas kinētiku var veicināt, izmantojot katalizatorus, piemēram, jodīda jonu vai citus pārejas metālu jonus..

Piemēram, enzīms "katalāze", kas atrodas mūsu ķermenī, spēj katalizēt šo reakciju, tādējādi iznīcinot kaitīgo peroksīdu, kas var būt mūsu šūnās.. 

Visi sārmu grupas oksīdi, enerģiski reaģē ar ūdeni, lai iegūtu atbilstošu metāla hidroksīda šķīdumu, bet nātrija dioksīdu, rada ūdeņraža peroksīdu, un dioksīdi rada ūdeņraža peroksīdu un skābekli, kā parādīts šādas reakcijas (Rayner-Canham, 2000):

Citi interesanti dati, kas iegūti no ūdeņraža peroksīda, ir: 

  • Molekulārā masa: 34,017 g / mol
  • Blīvums: 1,11 g / cm3 20 ° C temperatūrā, šķīdumos, kas satur 30% (w / w), un 1450 g / cm3 pie 20 ° C tīros šķīdumos..
  • Kušanas un viršanas temperatūra ir attiecīgi -0,43 ° C un 150,2 ° C.
  • Tas ir sajaucams ar ūdeni.
  • Šķīst ēteros, spirtos un nešķīst organiskos šķīdinātājos.
  • Tās skābuma vērtība ir pKa = 11,75.

Struktūra

Ūdeņraža peroksīda molekula veido ne-planāru molekulu. Lai gan skābekļa-skābekļa saite ir vienkārša, molekulai ir salīdzinoši augsta rotācijas barjera (Wikipedia the Encyclopedia Libre, 2012), ja salīdzinām to, piemēram, ar etānu, ko veido arī vienkārša saite. 

Šo barjeru izraisa atslābums starp blakus esošo oksigēnu jonu pāriem un izrādās, ka peroksīds spēj parādīt "atropizomērus", kas ir stereoizomēri, kas rodas sakarā ar traucējumu rotāciju ap vienu saiti, ja enerģijas atšķirības rodas uz sterilu deformāciju vai citiem ieguldītājiem, tie rada rotācijas barjeru, kas ir pietiekami augsta, lai ļautu izolēt atsevišķus konformerus.. 

Ūdeņraža peroksīda gāzveida un kristālisko formu struktūras ievērojami atšķiras, un šīs atšķirības ir saistītas ar ūdeņraža saiti, kas nav gāzveida formā.. 

Lietojumi

Parasti ūdeņraža peroksīds ir atrodams zemā koncentrācijā (no 3 līdz 9%), daudzās mājās medicīniskai lietošanai (ūdeņraža peroksīds), kā arī apģērbu vai matu balināšanai.. 

Augsta koncentrācija tiek izmantota rūpnieciski, arī tekstilizstrādājumu un papīra balināšanai, kā arī degvielai kosmosa kuģiem, sūkļveida gumijas un organisko savienojumu ražošanai.. 

Ieteicams risināt ūdeņraža peroksīda šķīdumus, pat atšķaidītus, ar cimdiem un acu aizsardzību, jo tas uzbrūk ādai. 

Ūdeņraža peroksīds ir svarīgs rūpniecisks ķīmisks savienojums (Rayner-Canham, 2000); katru gadu notiek aptuveni 106 tonnas visā pasaulē. Ūdeņraža peroksīdu izmanto arī kā rūpniecisku reaģentu, piemēram, nātrija peroksoborāta sintēzi.

Ūdeņraža peroksīdam ir svarīgs pielietojums vecu gleznu atjaunošanā (Rayner-Canham, 2000), jo viens no galvenokārt izmantotajiem baltajiem pigmentiem bija svina balts, kas atbilst sajauktajam pamata karbonātam, kura formula ir Pb3 ( OH) 2 (C03) 2.

Ūdeņraža sulfīda pēdas izraisa baltā savienojuma pārvēršanos svina sulfīdā (Il), kas ir melns, kas krāso krāsu. Ūdeņraža peroksīda izmantošana oksidē svina sulfīdu (Il) uz balto svina sulfātu (Il), kas atjauno pareizo krāsas krāsu pēc šādas reakcijas:

Vēl viens ziņkārīgs pieteikums izcelt (Rayner-Canham, 2000) ir tās pielietojums, lai mainītu matu formu, kas pastāvīgi uzbrūk disulfīda tiltiem, kas dabiski ir ar ūdeņraža peroksīda palīdzību nedaudz pamatšķīdumos, ko atklāj Rockefeller. Institūts 1930. gadā. 

Propelleriem un sprāgstvielām ir daudz kopīgu īpašību (Rayner-Canham, 2000). Abi darbojas, izmantojot ātru eksotermisku reakciju, kas rada lielu gāzes daudzumu. Šīs gāzes izspiešana ir tā, kas raķeti virzās uz priekšu, bet sprāgstvielas gadījumā tas ir galvenokārt trieciena vilnis, kas rodas gāzes ražošanas rezultātā.. 

Reakcijā, ko izmantoja pirmajā lidmašīnā ar raķetēm, tika izmantots ūdeņraža peroksīda maisījums ar hidrazīnu, kurā abi reaģēja, dodot molekulāro slāpekļa gāzi un ūdeni, kā parādīts šādā reakcijā: 

Apkopojot katras reaktanta un produktu apvalku enerģiju, tiek iegūta 707 Kj / mol siltuma enerģija katram patērētajam hidrazīna molam, kas nozīmē ļoti eksotermisku reakciju..

Tas nozīmē, ka tas atbilst cerībām, kas nepieciešamas kā degviela degvielā, jo tiek ražoti ļoti lieli gāzes daudzumi, izmantojot ļoti mazus divus reaktīvos šķidrumus. Ņemot vērā šo divu šķidrumu reaktivitāti un koroziju, tās tagad ir aizstātas ar drošākiem maisījumiem, pamatojoties uz tiem pašiem kritērijiem, kurus izvēlējās izmantot kā degvielu.. 

Medicīniskajā aspektā ūdeņraža peroksīds tiek izmantots kā aktuāls risinājums brūču, sāpošu čūlu un vietējo infekciju tīrīšanā. To bieži lieto iekaisuma procesu ārstēšanā ārējā dzirdes kanālā vai arī garglingu ārstēšanai faringīta ārstēšanā..

To izmanto arī zobārstniecības jomā, lai attīrītu zobu saknes kanālus vai citus zobu mīkstuma dobumus, tādos procesos kā endodontija, galu galā nelielos zobu procesos..

Tās izmantošana brūču, čūlu uc tīrīšanai. ir tāpēc, ka tas ir aģents, kas spēj iznīcināt mikroorganismus, bet ne baktēriju sporas, tas nenozīmē, ka nogalināt visus mikroorganismus, bet tas samazina to līmeni, lai infekcijas neradītu lielas problēmas. Tātad tas pieder pie zema līmeņa dezinfekcijas līdzekļu un antiseptiku līmeņa. 

Ūdeņraža peroksīds reaģē ar dažiem diesteriem, piemēram, feniloksalāta esteri, un rada ķīmijuminescenci, tas ir otrreizējā tipa pielietojums, kas atrodams vieglos stieņos, pazīstams ar savu angļu nosaukumu kā "spīdumu".

Papildus visiem tās izmantošanas veidiem ir vēsturiski incidenti ar ūdeņraža peroksīda lietošanu, jo tas joprojām ir ķīmisks savienojums, kas lielā koncentrācijā un ņemot vērā tā reaktivitāti, var izraisīt sprādzienu, kas nozīmē, ka ir nepieciešams aizsargaprīkojums. lietošanas laikā, kā arī ņemot vērā atbilstošus uzglabāšanas apstākļus.

Atsauces

  1. ATSDR. (2003). Toksiskas vielas - ūdeņraža peroksīds. Ielādēts 2017. gada 17. janvārī no atsdr.cdc.gov.
  2. Slaveni zinātnieki - Louis Jacques Thenard atklāj ūdeņraža peroksīdu. (2015). Ielādēts 2017. gada 17. janvārī no humantouchofchemistry.com. 
  3. López-Lázaro, M. (2007). Ūdeņraža peroksīda divkāršā loma vēzī: iespējama saistība ar vēža ķīmopreventionu un terapiju. Cancer Letters, 252 (1), 1-8.  
  4. PubChem. (2011). Urea ūdeņraža peroksīds. 
  5. PubChem. (2013). Ūdeņraža peroksīds. Ielādēts 2017. gada 15. janvārī.
  6. Rayner-Canham, G. (2000). Aprakstoša neorganiskā ķīmija (2a). Pearson Education. 
  7. Vikipēdija brīvā enciklopēdija. (2012). Peroksīda ūdeņradis. Izgūti no wikipedia.org.