Ιδιότητες, τύπος, δομή και χρήσεις υπεροξειδίου του υδρογόνου

Το υπεροξείδιο του υδρογόνου ή υπεροξείδιο του υδρογόνου, ή dioxidano dioxogen είναι μια χημική ένωση η οποία αντιπροσωπεύεται από τον τύπο Η2Ο2. Στην καθαρή του μορφή, δεν δείχνει χρώμα εκτός από το ότι είναι σε υγρή κατάσταση, αλλά είναι ελαφρώς πιο παχύρρευστο από το νερό, λόγω της ποσότητας των "υδρογόνων γεφυρών" που μπορεί να σχηματιστεί. 

Αυτό το υπεροξείδιο αναγνωρίζεται επίσης ως ένα από τα απλούστερα υπεροξείδια, που νοούνται ως ενώσεις υπεροξειδίου που έχουν έναν απλό δεσμό οξυγόνου-οξυγόνου. 

χρήσεις του είναι ποικίλες, που κυμαίνονται από την εξουσία της ως οξειδωτικό, παράγοντα και απολυμαντικό λεύκανση, και ακόμη και σε υψηλές συγκεντρώσεις, έχει χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο για διαστημόπλοια, λαμβάνοντας ιδιαίτερο ενδιαφέρον στη χημεία των προωθητικών και εκρηκτικών. 

Το υπεροξείδιο του υδρογόνου είναι ασταθές και αποσυντίθεται αργά παρουσία βάσεων ή καταλυτών. Λόγω αυτής της αστάθειας, το υπεροξείδιο αποθηκεύεται συνήθως με κάποιο είδος σταθεροποιητή, ο οποίος είναι παρουσία ελαφρώς όξινων διαλυμάτων. 

Το υπεροξείδιο του υδρογόνου μπορεί να βρίσκεται σε βιολογικά συστήματα που αποτελούν μέρος του ανθρώπινου σώματος, και αποσύνθεση ενζύμων που εμπλέκονται είναι γνωστά ως «υπεροξειδάσες». 

Ανακάλυψη

Η ανακάλυψη του υπεροξειδίου του υδρογόνου ανατίθεται στον Γάλλο επιστήμονα Louis Jacques Thenard, όταν αντιδρά το υπεροξείδιο του βαρίου με νιτρικό οξύ.

Μία βελτιωμένη εκδοχή της μεθόδου αυτής χρησιμοποίησε υδροχλωρικό οξύ και με την προσθήκη θειικού οξέος έτσι ώστε το θειικό βάριο να καταβυθιστεί. Αυτή η διαδικασία χρησιμοποιήθηκε από τα τέλη του 19ου αιώνα μέχρι τα μέσα του εικοστού αιώνα για την παραγωγή υπεροξειδίου. 

Πάντα θεωρήθηκε ότι το υπεροξείδιο ήταν ασταθές, εξαιτίας όλων των αποτυχημένων προσπαθειών απομόνωσης του από το νερό. Αλλά η αστάθεια οφείλεται κυρίως σε ίχνη ακαθαρσιών των αλάτων των μεταβατικών μετάλλων, τα οποία καταλύουν την αποσύνθεση τους. 

Το υπεροξείδιο του υδρογόνου σε μια καθαρή τρόπο, συντέθηκε για πρώτη φορά το 1894, σχεδόν 80 χρόνια μετά την ανακάλυψη της, χάρη στο Richard Wolffenstein επιστήμονα που παράγεται με απόσταξη υπό κενό. 

Η μοριακή της δομή ήταν δύσκολο να προσδιοριστεί, αλλά ο Ιταλός χημικός φυσικός, Giacomo Carrara, ήταν εκείνος που καθορίζει τη μοριακή μάζα του με κρυοσκοπική κάθοδο, χάρη στην οποία η δομή του μπορεί να επιβεβαιωθεί. Μέχρι τότε, τουλάχιστον μια δωδεκάδα υποθετικών δομών είχε προταθεί.

Βιομηχανία

Προηγουμένως, το υπεροξείδιο του υδρογόνου παρασκευάστηκε βιομηχανικά με υδρόλυση υπεροξυδιθειϊκού αμμωνίου, το οποίο αποκτήθηκε με την ηλεκτρόλυση ενός διαλύματος διθειϊκού αμμωνίου (ΝΗ4Η8Ο4) σε θειικό οξύ.

Σήμερα, το υπεροξείδιο του υδρογόνου κατασκευάζεται σχεδόν αποκλειστικά από τη διαδικασία της ανθρακινόνης, επισημοποιήθηκε το 1936 και κατοχυρωμένη με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1939. Ξεκινά με την αναγωγή ενός ανθρακινόνης (2-αιθυλανθρακινόνης ως ή παράγωγο 2-αμυλ) προς αντίστοιχης ανθρακυδινόνης, τυπικώς με υδρογόνωση σε καταλύτη παλλαδίου.

Η ανθραϋδροκινόνης συνέχεια υφίσταται αυτο-οξείδωση για την αναγέννηση ανθρακινόνης ξεκινώντας με υπεροξείδιο του υδρογόνου ως υποπροϊόν. Οι περισσότερες εμπορικές διεργασίες πάρετε οξείδωσης με διοχέτευση πεπιεσμένου αέρα μέσω ενός διαλύματος του παραγωγοποιημένου ανθρακενίου, έτσι το οξυγόνο στον αέρα αντιδρά με τα ευκίνητα άτομα υδρογόνου (από τις υδροξυ ομάδες) για να δώσει το υπεροξείδιο του υδρογόνου και την αναγέννηση ανθρακινόνη.

Το υπεροξείδιο του υδρογόνου στη συνέχεια εκχυλίζεται και το παράγωγο ανθρακινόνης ανάγεται και πάλι στην διυδροξυ ένωση (ανθρακενίου) χρησιμοποιώντας αέριο υδρογόνο παρουσία ενός καταλύτη μετάλλου. Μετά την επανάληψη του κύκλου.

Τα οικονομικά της μεθόδου εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από την αποτελεσματική ανακύκλωση της κινόνης (η οποία είναι δαπανηρή), των διαλυτών εκχύλισης και του καταλύτη υδρογόνωσης.

Ιδιότητες του υπεροξειδίου του υδρογόνου

Το υπεροξείδιο του υδρογόνου παρουσιάζεται ως ανοιχτό μπλε υγρό σε αραιωμένα διαλύματα και άχρωμο σε θερμοκρασία δωματίου, με ελαφρά πικρή γεύση. Είναι ελαφρώς πιο ιξώδες από το νερό, λόγω των δεσμών υδρογόνου που μπορούν να σχηματίσουν.

Θεωρείται ασθενές οξύ (PubChem, 2013). Είναι επίσης ένα ισχυρό οξειδωτικό παράγοντα, η οποία είναι υπεύθυνη για τις περισσότερες από τις εφαρμογές της, εκτός από καθαρά ως οξειδωτικό, είναι λεύκανσης - για τη βιομηχανία χάρτου - αλλά και ως απολυμαντικό. Σε χαμηλές θερμοκρασίες συμπεριφέρεται σαν κρυσταλλικό στερεό. 

Όταν σχηματίζοντας είναι υπεροξείδιο του καρβαμιδίου (CH6N2O3) (PubChem, 2011) έχει μια καλά αναγνωρισμένη ως οδοντική χρήση λεύκανση είτε επαγγελματική διαχείριση, ή, ειδικότερα. 

Υπάρχει πολλή βιβλιογραφία σχετικά με τη σημασία του υπεροξειδίου του υδρογόνου σε ζώντα κύτταρα, διότι παίζει σημαντικό ρόλο στην υπεράσπιση του οργανισμού έναντι επιβλαβών ξενιστών, επιπλέον των οξειδωτικών βιοσυνθετικών αντιδράσεων.

Επιπλέον, υπάρχουν περισσότερα στοιχεία (PubChem, 2013) ότι ακόμη και σε χαμηλά επίπεδα υπεροξειδίου του υδρογόνου στον οργανισμό, αυτό έχει θεμελιώδη ρόλο ειδικά σε υψηλότερους οργανισμούς. Με αυτό τον τρόπο, θεωρείται ως ένας σημαντικός κυτταρικός παράγοντας σηματοδότησης, ικανός να ρυθμίζει τόσο τις οδούς συστολής όσο και τους υποκινητές της ανάπτυξης. 

Λόγω της συσσώρευσης του υπεροξειδίου του υδρογόνου στο δέρμα των ασθενών που πάσχουν αποχρωματισμού «Λεύκη» (Lopez-Λάζαρο, 2007), οι ανθρώπινης επιδερμίδας, διαταραχή δεν έχει την κανονική δυνατότητα να ασκούν τα καθήκοντά τους, γι 'αυτό προτείνεται η συσσώρευση υπεροξειδίου μπορεί να διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη του καρκίνου.

Ακόμη, τα πειραματικά δεδομένα (López-Lázaro, 2007) δείχνουν ότι τα καρκινικά κύτταρα παράγουν μεγάλες ποσότητες υπεροξειδίου, οι οποίες συνδέονται με εναλλαγές DNA, πολλαπλασιασμό κυττάρων κλπ.. 

Μικρές ποσότητες υπεροξειδίου του υδρογόνου μπορούν να παραχθούν αυθόρμητα στον αέρα. Το υπεροξείδιο του υδρογόνου είναι ασταθές και αποσυντίθεται γρήγορα σε οξυγόνο και νερό, απελευθερώνοντας θερμότητα στην αντίδραση. 

Αν και δεν είναι εύφλεκτο, όπως ήδη αναφέρθηκε, είναι ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας (ATSDR, 2003), ο οποίος μπορεί να προκαλέσει αυθόρμητη καύση όταν έρχεται σε επαφή με οργανικά υλικά. 

Σε υπεροξείδιο του υδρογόνου, οξυγόνο (Rayner-Canham, 2000) έχει μία κατάσταση οξείδωσης «ανώμαλη» ως ζεύγη ατόμων με την ίδια ηλεκτραρνητικότητα είναι ενωμένες, ως εκ τούτου, γίνεται η παραδοχή ότι το ζεύγος ηλεκτρονίων του συνδέσμου μοιράζονται μεταξύ τους. Σε αυτή την περίπτωση, κάθε άτομο οξυγόνου έχει αριθμό οξειδώσεως 6 μείον 7, ή - 1, ενώ τα άτομα υδρογόνου έχουν ακόμα + 1. 

Η ισχυρή οξειδωτική ισχύ του υπεροξειδίου του υδρογόνου σε νερό, εξηγείται από την οξείδωση του δυναμικού (Rayner-Canham, 2000), έτσι ώστε να μπορεί να οξειδώσει το ιόν δισθενούς σιδήρου (II) προς τρισθενή σίδηρο (III), όπως φαίνεται στο την ακόλουθη αντίδραση:

Το υπεροξείδιο του υδρογόνου έχει επίσης την ιδιότητα του dismutar, δηλαδή μειώνει και οξειδώνει (Rayner-Canham, 2000), όπως φαίνεται από τις ακόλουθες αντιδράσεις μαζί με τις δυνατότητές τους:

Όταν προσθέτουμε τις δύο εξισώσεις, λαμβάνουμε την ακόλουθη παγκόσμια εξίσωση:

Παρόλο που η "διαφωνία" ευνοείται θερμοδυναμικά, δεν ευνοείται κινητικά. Αλλά (Rayner-Canham, 2000), η κινητική αυτής της αντίδρασης μπορεί να ευνοηθεί με τη χρήση καταλυτών όπως το ιόν ιωδίου ή άλλα ιόντα μεταβατικών μετάλλων..

Για παράδειγμα, το ένζυμο «καταλάση» που είναι παρούσα στο σώμα μας, είναι ικανό να καταλύει αυτήν την αντίδραση, έτσι ώστε καταστρέφει επιβλαβείς υπεροξείδιο που μπορεί να υπάρχουν στα κύτταρα μας. 

Όλα τα οξείδια της ομάδας των αλκαλίων, αντιδρούν έντονα με το νερό για να δώσει το αντίστοιχο διάλυμα υδροξειδίου μετάλλου, αλλά νατρίου διοξείδιο παράγει υπεροξείδιο του υδρογόνου, και διοξείδια παράγουν υπεροξείδιο του υδρογόνου και του οξυγόνου, όπως φαίνεται στο τις ακόλουθες αντιδράσεις (Rayner-Canham, 2000):

Άλλα ενδιαφέροντα στοιχεία που συλλέγονται από το υπεροξείδιο του υδρογόνου είναι: 

• Μοριακή μάζα: 34,017 g / mol
• Πυκνότητα: 1,11 g / cm3 στους 20 ° C σε 30% διαλύματα (w / w), και 1.450 g / cm3 στους 20 ° C σε καθαρή διαλύματα.
• Τα σημεία τήξης και βρασμού είναι -0,43 ° C και 150,2 ° C αντίστοιχα.
• Είναι αναμίξιμο με νερό.
• Διαλυτό σε αιθέρες, αλκοόλες και αδιάλυτο σε οργανικούς διαλύτες.
• Η τιμή της οξύτητας είναι pKa = 11,75.

Δομή

Το μόριο υπεροξειδίου του υδρογόνου αποτελεί μη-επίπεδο μόριο. Αν και ο δεσμός οξυγόνου-οξυγόνου είναι ενιαίο, το μόριο έχει ένα φράγμα σχετικά υψηλή περιστροφή (Βικιπαίδεια ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια, 2012), όταν συγκρίνεται για παράδειγμα με το αιθάνιο που σχηματίζεται επίσης από ένα απλό δεσμό. 

Αυτό εμπόδιο, λόγω της απώθησης μεταξύ των ζευγών ιόντων των παρακείμενων οξυγόνα και είναι ότι το υπεροξείδιο είναι σε θέση να εμφανίζει «ατροπισομερών» είναι στερεοϊσομερή που οφείλονται σε εμποδισμένη περιστροφή γύρω από ένα απλό δεσμό, όπου οι διαφορές ενέργειας λόγω σε στερική παραμόρφωση ή άλλους συνεισφέροντες, δημιουργούν ένα φράγμα περιστροφής που είναι αρκετά υψηλό ώστε να επιτρέπει την απομόνωση μεμονωμένων διαμορφωτών. 

Οι δομές των αερίων και κρυσταλλικές μορφές υπεροξείδιο του υδρογόνου, difierente σημαντικά, και οι διαφορές αυτές αποδίδονται σε δεσμούς υδρογόνου που είναι απούσα στην αέρια μορφή. 

Χρησιμοποιεί

Είναι κοινός ο εντοπισμός του υπεροξειδίου του υδρογόνου σε χαμηλές συγκεντρώσεις (από 3 έως 9%), σε πολλές κατοικίες για ιατρικές εφαρμογές (υπεροξείδιο του υδρογόνου), καθώς και για λεύκανση ρούχων ή μαλλιών. 

Σε υψηλές συγκεντρώσεις χρησιμοποιούνται βιομηχανικά, επίσης για λεύκανση υφάσματα και χαρτί, καθώς και ως καύσιμο για το διαστημικό σκάφος, καθιστώντας καουτσούκ σφουγγάρι, και οργανικές ενώσεις. 

Συνιστάται να χειρίζεστε διαλύματα υπεροξειδίου του υδρογόνου, ακόμη και αραιωμένα, με γάντια και προστασία των ματιών, επειδή προσβάλλουν το δέρμα. 

Το υπεροξείδιο του υδρογόνου είναι μια σημαντική βιομηχανική χημική ένωση (Rayner-Canham, 2000). που συμβαίνουν περίπου στη τάξη 106 τόνων παγκοσμίως κάθε χρόνο. Το υπεροξείδιο του υδρογόνου χρησιμοποιείται επίσης ως βιομηχανικό αντιδραστήριο, για παράδειγμα στη σύνθεση του υπεροξοβορικού νατρίου.

Το υπεροξείδιο του υδρογόνου έχει μια σημαντική εφαρμογή στην αποκατάσταση παλαιών πίνακες (Rayner-Canham, 2000) ως ένα από τα λευκή χρωστική που χρησιμοποιείται ως επί το πλείστον ήταν λευκό μολύβδου, η οποία αντιστοιχεί σε ένα μικτό βασικό ανθρακικό, που έχει τον τύπο Pb3 ( ΟΗ) 2 (C03) 2.

Ίχνη υδρόθειου προκαλούν αυτή τη λευκή ένωση να μετατραπεί σε σουλφίδιο μολύβδου (Il), το οποίο είναι μαύρο, το οποίο λερώνει το χρώμα. Η εφαρμογή υπεροξειδίου του υδρογόνου οξειδώνει το σουλφίδιο του μολύβδου (Il) σε λευκό θειικό μόλυβδο (Il), το οποίο αποκαθιστά το σωστό χρώμα του χρώματος, ακολουθώντας την ακόλουθη αντίδραση:

Ένα άλλο περίεργο να σημειωθεί (Rayner-Canham, 2000), αίτηση εφαρμόζεται για να αλλάξει το σχήμα του τρίχα μόνιμα επιτίθεται δισουλφιδικών γεφυρών αυτή έχει φυσικά από το υπεροξείδιο του υδρογόνου σε ελαφρά αλκαλικά διαλύματα, ανακαλύφθηκε από το Rockefeller Ινστιτούτο το 1930. 

Τα προωθητικά και εκρηκτικά έχουν πολλές κοινές ιδιότητες (Rayner-Canham, 2000). Και οι δύο λειτουργούν μέσω μιας ταχείας εξώθερμης αντίδρασης που παράγει ένα μεγάλο όγκο αερίου. Η εκδίωξη αυτού του αερίου είναι αυτό που οδηγεί τον πυραύλο προς τα εμπρός, αλλά στην περίπτωση του εκρηκτικού είναι κυρίως το κύμα κλονισμού που παράγεται από την παραγωγή του αερίου που προκαλεί τη ζημία. 

Η αντίδραση που χρησιμοποιήθηκε στο πρώτο πυραυλοκίνητο aeonave, χρησιμοποιείται ένα μίγμα υπεροξειδίου του υδρογόνου με υδραζίνη, στο οποίο τόσο αντιδρά προκύπτοντα αέρια μοριακό άζωτο και νερό, όπως απεικονίζεται στην ακόλουθη αντίδραση: 

Προσθέτοντας encales ενέργειες καθενός από τα αντιδρώντα και τα προϊόντα, που προκύπτουν ότι μια ενέργεια των 707 kJ / mol θερμότητας απελευθερώνεται ανά mole υδραζίνης που καταναλώνεται, γεγονός που σημαίνει μια πολύ εξώθερμη αντίδραση.

Αυτό σημαίνει ότι ικανοποιεί τις προσδοκίες που είναι απαραίτητες για να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο στα προωθητικά, καθώς παράγονται πολύ μεγάλοι όγκοι αερίου, μέσω πολύ μικρών όγκων των δύο αντιδραστικών υγρών. Δεδομένης της αντιδραστικότητας και της διάβρωσης αυτών των δύο υγρών, έχουν πλέον αντικατασταθεί από ασφαλέστερα μείγματα σε βάσεις με τα ίδια κριτήρια που επιλέχθηκαν για χρήση ως καύσιμα.. 

Από ιατρική άποψη, το υπεροξείδιο του υδρογόνου χρησιμοποιείται ως τοπικό διάλυμα στον καθαρισμό τραυμάτων, υπερκαλύπτοντας έλκη και τοπικές λοιμώξεις. Έχει χρησιμοποιηθεί συχνά στη θεραπεία φλεγμονωδών διεργασιών στον εξωτερικό ακουστικό πόρο, ή επίσης για την περιποίηση σε φαρμακευτικές θεραπείες φαρυγγίτιδας..

Χρησιμοποιείται επίσης στον τομέα της οδοντιατρικής για να καθαρίσει τα ριζικά κανάλια των δοντιών ή άλλων κοιλοτήτων του οδοντικού πολτού, σε διαδικασίες όπως η ενδοδοντική, τελικά σε μικρές οδοντικές διαδικασίες.

Χρησιμοποιήστε για τον καθαρισμό πληγών, ή έλκη, κ.λπ. Είναι επειδή είναι ικανά να καταστρέψουν τους μικροοργανισμούς, αλλά όχι τα σπόρια των βακτηρίων, αυτό δεν σημαίνει ότι σκοτώνει όλους τους μικροοργανισμούς, αλλά και να μειωθεί το επίπεδο αυτών, έτσι ώστε λοιμώξεις δεν περνούν σημαντικά προβλήματα. Γι 'αυτό ανήκει στο επίπεδο της απολυμαντικά και αντισηπτικά χαμηλό επίπεδο. 

Το υπεροξείδιο του υδρογόνου αντιδρά με ορισμένους διεστέρες, όπως οξαλικό φαινυλεστέρα, και παράγουν quimioluminisicencia, αυτό είναι μια εφαρμογή μάλλον υψηλό ποσοστό, το οποίο είναι υπό το φως ράβδους, που είναι γνωστή από την αγγλική ονομασία της ως «λάμψη stick».

Εκτός από όλες τις χρήσεις, υπάρχουν ιστορικά γεγονότα με τη χρήση υπεροξειδίου του υδρογόνου ως πλέον χημική ένωση σε υψηλές συγκεντρώσεις και λόγω της δραστικότητάς τους, μπορεί να οδηγήσει σε εκρήξεις, γεγονός που καθιστά αναγκαίο εξοπλισμό προστασίας Ατομική κατά το χειρισμό και λαμβάνοντας υπόψη τις κατάλληλες συνθήκες αποθήκευσης.

Αναφορές

1. ATSDR. (2003). Τοξικές ουσίες - Υπεροξείδιο του υδρογόνου. Ανακτήθηκε στις 17 Ιανουαρίου 2017 από το atsdr.cdc.gov.
2. Διάσημοι επιστήμονες - ο Louis Jacques Thenard ανακαλύπτει το υπεροξείδιο του υδρογόνου. (2015). Ανακτήθηκε 17 Ιανουαρίου 2017, από humantouchofchemistry.com. 
3. López-Lázaro, Μ. (2007). Διπλό ρόλο του υπεροξειδίου του υδρογόνου στον καρκίνο: πιθανή σχέση με τη χημειοπροφύλαξη και τη θεραπεία του καρκίνου. Cancer Letters, 252 (1), 1-8.  
4. PubChem. (2011). Ουρία υπεροξείδιο του υδρογόνου. 
5. PubChem. (2013). Υπεροξείδιο του υδρογόνου. Ανακτήθηκε στις 15 Ιανουαρίου 2017.
6. Rayner-Canham, G. (2000). Περιγραφική ανόργανη χημεία (2α). Εκπαίδευση Pearson. 
7. Wikipedia την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια. (2012). Υπεροξείδιο υδρογόνο. Ανακτήθηκε από το wikipedia.org.