Vesinikperoksiidi omadused, valem, struktuur ja kasutusviisid



The vesinikperoksiid või hapnikku sisaldav vesi, dioksogeen või dioksidano on keemiline ühend, mida kujutab valem H2O2. Puhtas vormis ei esine värvi, peale selle, et see on vedelas olekus, kuid see on veidi viskoosne kui vesi, kuna see võib moodustada "vesiniku sildade" koguse.. 

Seda peroksiidi tunnistatakse samuti üheks kõige lihtsamaks peroksiidiks, mida mõistetakse peroksiidühenditena, millel on lihtne hapniku-hapniku side. 

Selle kasutusviisid on erinevad ja ulatuvad oma võimest oksüdeerijana, pleegitusainena ja desinfektsioonivahendina ning isegi suurtes kontsentratsioonides on seda kasutatud kosmosesõidukite kütusena, mis on eriti huvitatud raketikütuste ja lõhkeainete keemiast.. 

Vesinikperoksiid on ebastabiilne ja laguneb aeglaselt aluste või katalüsaatorite juuresolekul. Selle ebastabiilsuse tõttu hoitakse peroksiidi tavaliselt teatud tüüpi stabilisaatoriga, mis on kergelt happeliste lahuste juuresolekul. 

Vesinikperoksiidi võib leida bioloogilistes süsteemides, mis on osa inimkehast, ja ensüümid, mis toimivad lagundades, on tuntud kui "peroksidaasid".. 

Avastus

Vesinikperoksiidi avastamine on määratud prantsuse teadlasele Louis Jacques Thenardile, kui ta reageeris baariumperoksiidile lämmastikhappega.

Selle protsessi täiustatud versioon kasutas vesinikkloriidhapet ja väävelhappe lisamist, nii et oleks võimalik sadestada baariumsulfaat. Seda protsessi kasutati 19. sajandi lõpust kuni 20. sajandi keskpaigani, et saada peroksiidi. 

Alati arvati, et peroksiid oli ebastabiilne, kuna kõik ebaõnnestunud katsed isoleerida seda veest. Kuid ebastabiilsus oli peamiselt tingitud siirdemetallide soolade lisandite jälgedest, mis katalüüsisid nende lagunemist. 

Puhas vesinikperoksiid sünteesiti esimest korda 1894. aastal, peaaegu 80 aastat pärast selle avastamist, tänu teadlasele Richard Wolffensteinile, kes seda tootis tänu vaakumdestilleerimisele.. 

Selle molekulaarset struktuuri oli raske kindlaks määrata, kuid itaalia keemiline füüsik Giacomo Carrara määras selle molekulmassi krüoskoopilise laskumise teel, tänu millele saab selle struktuuri kinnitada. Siiani oli vähemalt kümme hüpoteetilist struktuuri välja pakutud.

Tootmine

Varem valmistati vesinikperoksiid tööstuslikult ammooniumperoksüdisulfaadi hüdrolüüsil, mis saadi ammoonium-bisulfaadi (NH4HSO4) lahuse elektrolüüsil väävelhappes.

Tänapäeval toodab vesinikperoksiidi peaaegu eranditult antraksooniprotsess, mis vormistati 1936. aastal ja patenteeriti 1939. aastal. See algab antrakinooni (nagu 2-etüülantrakinoon või 2-amüülderivaadi) redutseerimisega. vastavat antrahüdrokinooni, tavaliselt hüdrogeenides pallaadiumkatalüsaatoril.

Seejärel läbib antrahüdrokinoon autoksüdatsiooni, et regenereerida algset antrakinooni koos kõrvalsaadusena vesinikperoksiidiga. Enamik kaubanduslikke protsesse tekitavad oksüdatsiooni suruõhu mullitamisega läbi derivatiseeritud antratseenilahuse, nii et õhus olev hapnik reageerib labiilse vesinikuaatomiga (hüdroksürühmade), andes vesinikperoksiidi ja regenereerides antrakinoon.

Seejärel ekstraheeritakse vesinikperoksiidi ja antrakinooni derivaati redutseeritakse uuesti dihüdroksüühendiks (antratseeniks), kasutades vesinikku gaasi katalüsaatori juuresolekul. Pärast tsükli kordamist.

Protsessi ökonoomika sõltub suurel määral kinooni (mis on kallis), ekstrahentide ja hüdrogeenimiskatalüsaatori efektiivsest ringlussevõtust..

Vesinikperoksiidi omadused

Vesinikperoksiidi näidatakse helesinise vedelikuna lahjendatud lahustes ja värvitu toatemperatuuril, kerge mõru maitsega. See on veidi viskoosne kui vesi, mis võib moodustada vesiniksidemeid.

Seda peetakse nõrgaks happeks (PubChem, 2013). Samuti on see tugev oksüdeeriv aine, mis vastutab enamiku selle rakenduste eest, mis lisaks tegelikule oksüdeerijale on ka paberitööstuse valgendaja ja ka desinfitseerimisvahend. Madalatel temperatuuridel käitub see nagu kristalne tahke aine. 

Kui see moodustab karbamiidperoksiidi (CH6N2O3) (PubChem, 2011), on sellel hammaste valgendamine hästi tuntud, kas seda manustatakse kas professionaalselt või teatud viisil. 

Vesinikperoksiidi tähtsusest elusrakkudes on palju kirjandust, kuna lisaks oksüdatiivsetele biosünteesireaktsioonidele mängib see olulist rolli organismi kaitsmisel kahjulike peremeeste vastu..

Lisaks on rohkem tõendeid (PubChem, 2013), et isegi madala vesinikperoksiidisisaldusega kehas on sellel oluline roll, eriti kõrgemates organismides. Sel viisil peetakse seda oluliseks rakuliseks signalisatsiooniks, mis on võimeline moduleerima nii kontraktsiooniradasid kui ka kasvu soodustajaid.. 

Kuna vesinikperoksiid on kogunenud depigmentatsioonihäire all kannatavate patsientide nahale (López-Lázaro, 2007), ei ole inimese epidermis normaalset võimet täita oma funktsioone. peroksiidi kuhjumisel võib olla oluline roll vähi arengus.

Isegi eksperimentaalsed andmed (López-Lázaro, 2007) näitavad, et vähirakud toodavad suurtes kogustes peroksiidi, mis on seotud DNA vaheldumiste, rakkude proliferatsiooniga jne.. 

Väikeses koguses vesinikperoksiidi võib õhku tekitada spontaanselt. Vesinikperoksiid on ebastabiilne ja laguneb kiiresti hapnikuks ja veeks, vabastades reaktsiooni soojust. 

Kuigi see ei ole tuleohtlik, nagu juba mainitud, on see võimas oksüdeeriv aine (ATSDR, 2003), mis võib tekitada spontaanset põlemist, kui see puutub kokku orgaaniliste ainetega.. 

Vesinikperoksiidis on hapnikul (Rayner-Canham, 2000) "ebanormaalne" oksüdatsiooniaste, kuna on seotud samade elektronegatiivsustega aatomite paarid, seega eeldatakse, et sidumiselektronite paar nende vahel. Sel juhul on iga hapniku aatomi oksüdatsiooniarv 6 miinus 7 või - l, samas kui vesinikuaatomitel on veel + l. 

Vesinikperoksiidi võimas oksüdeeriv jõud vee suhtes on seletatav selle oksüdatsioonipotentsiaaliga (Rayner-Canham, 2000), nii et see võib oksüdeerida raud (II) iooni raud (III) iooniks, nagu on näidatud järgmine reaktsioon:

Vesinikperoksiidil on ka dismutari omadus, st nii vähendamine kui ka oksüdeerumine (Rayner-Canham, 2000), nagu on näidatud järgmistes reaktsioonides koos nende potentsiaaliga:

Kahe võrrandi lisamisel saadakse järgmine globaalne võrrand:

Kuigi termodünaamiliselt räägitakse "dismutatsioonist", ei ole see kineetiliselt soodne. Kuid (Rayner-Canham, 2000) võib selle reaktsiooni kineetikat soodustada katalüsaatorite, näiteks jodiidi iooni või teiste siirdemetalli ioonide kasutamisega..

Näiteks võib meie kehas olev ensüüm "katalaas" seda reaktsiooni katalüüsida, nii et see hävitab kahjuliku peroksiidi, mis võib olla meie rakkudes. 

Kõik leeliselise rühma oksiidid, reageerivad veega jõuliselt, et saada vastav metallhüdroksiidi lahus, kuid naatriumdioksiid, tekitab vesinikperoksiidi ja dioksiidid toodavad vesinikperoksiidi ja hapnikku, nagu on näidatud järgmised reaktsioonid (Rayner-Canham, 2000):

Teised huvitavad andmed, mis on kogutud vesinikperoksiidist, on: 

  • Molekulmass: 34,017 g / mol
  • Tihedus: 1,11 g / cm3 20 ° C juures, lahustes, mis sisaldavad 30% (mass / mass), ja 1450 g / cm3 20 ° C juures puhtates lahustes..
  • Sulamis- ja keemispunktid on vastavalt -0,43 ° C ja 150,2 ° C.
  • See on veega segunev.
  • Eetrites, alkoholides ja orgaanilistes lahustites lahustumatu.
  • Selle happesuse väärtus on pKa = 11,75.

Struktuur

Vesinikperoksiidi molekul moodustab mittetasapinna molekuli. Kuigi hapniku-hapniku side on lihtne, on molekulil suhteliselt kõrge pöörlemisbarjäär (Wikipedia the Encyclopedia Libre, 2012), kui võrrelda seda näiteks etaani omaga, mis on samuti moodustatud lihtsa lingiga. 

See barjäär on tingitud külgnevate hapnike ioonpaaride vahelisest tõukumisest ja selgub, et peroksiid on võimeline näitama "atropisomeere", mis on stereoisomeerid, mis tekivad takistatud pöörlemise tõttu ühe sideme ümber, kus energiaerinevused tulenevad steerilisele deformatsioonile või teistele toetajatele, tekitavad nad pöörlemistõkke, mis on piisavalt kõrge, et võimaldada üksikute konformeeride eraldamist. 

Vesinikperoksiidi gaasiliste ja kristalsete vormide struktuurid erinevad märkimisväärselt ning need erinevused on seotud vesiniksidemega, mis puudub gaasilises vormis.. 

Kasutamine

On tavaline, et vesinikperoksiid on madalates kontsentratsioonides (3–9%), paljudes kodudes meditsiiniliseks kasutuseks (vesinikperoksiid), samuti rõivaste või juuste valgendamiseks.. 

Kõrgetel kontsentratsioonidel kasutatakse seda tööstuslikult, ka tekstiili ja paberi pleegitamiseks, samuti kosmosesõidukite kütuseks, spoonilise kummi ja orgaaniliste ühendite valmistamiseks.. 

Soovitatav on kasutada isegi lahjendatud vesinikperoksiidilahuseid kindaid ja silmade kaitset, sest see ründab nahka. 

Vesinikperoksiid on oluline tööstuslik keemiline ühend (Rayner-Canham, 2000); igal aastal umbes 106 tonni kogu maailmas. Vesinikperoksiidi kasutatakse ka tööstusliku reagendina, näiteks naatriumperoksoboraadi sünteesimisel.

Vesinikperoksiidil on oluline rakendus vanade maalide taastamisel (Rayner-Canham, 2000), kuna üks enamasti kasutatavatest valgetest pigmentidest oli pliivalge, mis vastaks segatud aluselisele karbonaadile, mille valem on Pb3 ( OH) 2 (C03) 2.

Vesiniksulfiidi jäljed põhjustavad selle valge ühendi muutumist pliisulfiidiks (Il), mis on must, mis värvib värvi. Vesinikperoksiidi kasutamine oksüdeerib pliisulfiidi (Il) valge pliisulfaadiks (Il), mis taastab värvi õige värvi pärast järgmist reaktsiooni:

Teine uudishimulik rakendus (Rayner-Canham, 2000) on selle rakendamine, et muuta juuste püsivalt ründavaid juuste kuju, mis on loomulikult vesinikperoksiidi abil kergelt põhilahendustes, mida avastas Rockefeller Instituut aastal 1930. 

Raketikütustel ja lõhkeainel on palju ühiseid omadusi (Rayner-Canham, 2000). Mõlemad toimivad kiire eksotermilise reaktsiooni abil, mis tekitab suure koguse gaasi. Selle gaasi väljasaatmine on see, mis hoiab raketi edasi, kuid plahvatusohtliku aine puhul tekib peamiselt gaasi tootmisel tekkiv lööklaine.. 

Reaktsioon, mida kasutati esimeses rakettmootoriga õhusõidukis, kasutas vesinikperoksiidi segu hüdrasiiniga, milles mõlemad reageerisid molekulaarse lämmastiku gaasile ja veele, nagu on näidatud järgmises reaktsioonis: 

Iga reaktiivi ja produkti kapslite energiate summeerimisel saadakse iga tarbitud hüdrasiini mooli kohta 707 Kj / mooli energia, mis tähendab väga eksotermilist reaktsiooni..

See tähendab, et see vastab ootustele, mida on vaja kasutada mootorikütusena kütusena, kuna toodetakse väga suurtes kogustes gaasi kahe väikese koguse reaktiivsete vedelike kaudu. Arvestades nende kahe vedeliku reaktiivsust ja korrosiooni, on need nüüd asendatud ohutumate segudega samade kriteeriumide alusel, mis valiti kasutamiseks kütusena.. 

Meditsiinilisel aspektil kasutatakse vesinikperoksiidi aktuaalseks lahenduseks haavade puhastamisel, haavandite haavandite ja lokaalsete infektsioonide puhastamisel. Seda on sageli kasutatud põletikuliste protsesside raviks välises kuulekanalis või ka näärmevähi ravis..

Seda kasutatakse ka hambaravi valdkonnas hammaste juurekanalite puhastamiseks või hambapulbri muude õõnsuste puhastamiseks sellistes protsessides nagu endodontia, lõppkokkuvõttes väikestes hambaprotsessides..

Selle kasutamine haavade või haavandite puhastamisel jne. on see, et tegemist on agensiga, mis suudab hävitada mikroorganisme, kuid mitte bakterite eoseid, see ei tähenda, et kõik mikroorganismid tapetakse, kuid see vähendab nende taset, nii et nakkused ei lähe suurte probleemidega. Seega kuuluks see madala taseme desinfektsioonivahendite ja antiseptikumide tasemele. 

Vesinikperoksiid reageerib teatud diestritega, nagu fenüüloksalaatester, ja tekitab kemoluminestsentsi, see on sekundaarset tüüpi, mis on leitud kergetest baaridest, mida tuntakse inglise keeles kui "glow stick"..

Lisaks kõikidele kasutustele on vesinikperoksiidi kasutamisega esinenud ajaloolisi vahejuhtumeid, kuna see on endiselt keemiline ühend, mis võib suure kontsentratsiooniga ja reaktiivsuse tõttu põhjustada plahvatusi, mis tähendab, et kaitsevarustus on vajalik. käitlemise ajal, samuti võttes arvesse piisavaid ladustamistingimusi.

Viited

  1. ATSDR. (2003). Mürgised ained - vesinikperoksiid. Välja otsitud 17. jaanuaril 2017 alates atsdr.cdc.gov.
  2. Kuulsad teadlased - Louis Jacques Thenard avastab vesinikperoksiidi. (2015). Välja otsitud 17. jaanuaril 2017, humantouchofchemistry.com. 
  3. López-Lázaro, M. (2007). Vesinikperoksiidi kahesugune roll vähkkasvaja puhul: võimalik mõju vähi kemopreventsioonile ja ravile. Cancer Letters, 252 (1), 1-8.  
  4. PubChem. (2011). Karbamiidvesinikperoksiid. 
  5. PubChem. (2013). Vesinikperoksiid. Välja otsitud 15. jaanuaril 2017.
  6. Rayner-Canham, G. (2000). Kirjeldav anorgaaniline keemia (2a). Pearson Education. 
  7. Vikipeedia vaba entsüklopeedia. (2012). Peroksiidi vesinik. Välja otsitud aadressilt wikipedia.org.