NADTLENEK WODORU (H2O2): BUDOWA, WŁAŚCIWOŚCI, ZASTOSOWANIA, OTRZYMYWANIE - CHEMIA - 2026

Nadtlenek wodoru jest nieorganiczny związek o wzorze chemicznym H ₂ O ₂ . Jest to najprostszy nadtlenek z tej rodziny związków chemicznych. Jego wzór strukturalny to HOOH, ten wewnętrzny mostek utleniony jest charakterystyczny dla wszystkich nadtlenków.

W 1818 roku Louies Jacques Thénard zidentyfikował H ₂ O ₂ , który przygotował związek chemiczny, który następnie nazwał nadtlenkiem wodoru. Jest związkiem nietrwałym, rozkłada się pod wpływem światła, ciepła i niektórych metali.

Wzór chemiczny nadtlenku wodoru

Jest to bardzo przydatny związek do dezynfekcji drobnych ran, wybielania włosów, uzdatniania wody itp. Chociaż może mieć szkodliwe działanie dla ludzi, znajduje się we wszystkich komórkach eukariotycznych żywych istot, gdzie spełnia kilka korzystnych funkcji.

Nadtlenek wodoru powoduje utlenianie substancji toksycznych, takich jak fenole, etanol, formaldehyd itp., Które są usuwane przez wątrobę i nerki. Ponadto przyczynia się do niszczenia bakterii fagocytowanych przez neutrofilne leukocyty i makrofagi.

Struktura

Cząsteczka

Cząsteczka nadtlenku wodoru reprezentowana przez model kulki i kija. Źródło: Benjah-bmm27 za pośrednictwem Wikipedii.

Górny obraz przedstawia strukturę cząsteczki H ₂ O ₂ (HOOH), z czerwonymi kulkami odpowiadającymi atomom tlenu, a białymi - atomom wodoru. Zwróć uwagę, że cząsteczka nie jest płaska i że atomy H nie są zaćmione w przestrzeni (naprzeciw siebie).

Co ciekawe, H ₂ O ₂ ma trudności z obracaniem centralnego prostego wiązania OO, więc pozycje tych H nie mogą być zamienione; jeden nie spadnie, podczas gdy drugi pójdzie w górę.

Czemu? Ponieważ w dwóch atomach tlenu znajdują się dwie wolne pary elektronów, co daje w sumie osiem bardzo bliskich elektronów, które odpychają się ze względu na ujemne ładunki.

Rotacje

Jednak łącze OO jest podatne na niewielką rotację ze względu na interakcje z otoczeniem.

Na przykład, zbliżając dwa kciuki do siebie, z wyciągniętymi palcami wskazującymi, a innymi złożonymi, jak przy rysowaniu boiska, a następnie obracając kciuki w taki sposób, aby jeden z palców wskazujących był skierowany do przodu, a drugi do tyłu, przybliżona reprezentacja H ₂ O ₂ .

Jeśli ciało dotknie któregokolwiek z palców wskazujących, kciuki będą się obracać w odpowiedzi na tę interakcję; jednakże natychmiast powrócą do swojej pierwotnej pozycji z powodu wspomnianego powyżej odpychania elektronicznego. Te obroty kształtują zatem dynamiczne aspekty tej cząsteczki.

Oddziaływania międzycząsteczkowe

W stanie ciekłym H ₂ O ₂ udaje się utworzyć wiązania wodorowe (HOOH-O ₂ H ₂ ), ponieważ w przeciwnym razie jego wysoka temperatura wrzenia (150 ° C) w porównaniu z wodą nie byłaby wyjaśniona.

Po przejściu w fazę gazową cząsteczki H ₂ O ₂ prawdopodobnie nie mogą już tworzyć takich mostków, nie tylko z powodu większej odległości międzycząsteczkowej, ale także atomy wodoru byłyby pierwszymi, które w przypadku zderzeń wizualizowane ponownie za pomocą modelu palca).

Tymczasem w fazie stałej kąt płaszczyzn wyznaczonych przez H wynosi 90º (palce wskazujące ustaw prostopadle). Teraz wiązania wodorowe stają się jeszcze ważniejsze, a cząsteczki H ₂ O ₂ układają się w kryształ o strukturze tetragonalnej.

Nieruchomości

sButelka z nadtlenkiem wodoru. W aptekach osiąga się przy stężeniu 3% m / v. Źródło: Pixnio.

Nazwy

-Nadtlenek wodoru

-Dioxidan

-Oxidanol

-Kwas nadhydroksylowy

-O-hydroksyol

-Nadtlenek

Masa cząsteczkowa

34,0147 g / mol

Wygląd fizyczny

Bladoniebieski (stężony) lub bezbarwny płyn. Jest nieco bardziej lepki i gęsty niż woda. Jest destylowany dla bezpieczeństwa w niskich temperaturach i pod zmniejszonym ciśnieniem, ponieważ rozkłada się podczas ogrzewania w postaci wybuchowej.

Zapach

Ostry lub ozonowy zapach.

Smak

Gorzki

Gęstość

Solidny 1,71 g / cm ³

Gęstość jego wodnych roztworów zależy od ich stężenia; na przykład przy 27% ma gęstość 1,10 g / cm ³ , a przy 50% 1,13 g / cm ³

Temperatura topnienia

- 0,43 ºC

Temperatura wrzenia

150,2 ° C Wartość tę uzyskano metodą ekstrapolacji, ponieważ nadtlenek wodoru rozkłada się w wysokich temperaturach.

Rozpuszczalność w wodzie

Mieszalny ≥ 100 mg / ml w 25 ºC

Rozpuszczalność

Jest rozpuszczalny w eterze i alkoholach, ale nierozpuszczalny w eterze naftowym. Rozkłada się na wodę i tlen w wielu rozpuszczalnikach organicznych.

Współczynnik podziału oktanol / woda

Log P = - 0,43

Ciśnienie pary

5 mmHg przy 30 ° C

Stała dysocjacji

pKa = 11,72

pH

Roztwory nadtlenku wodoru są lekko kwaśne. Na przykład 35% ma pH 4,6; ale po stężeniu na poziomie 90% pH staje się mniej kwaśne: 5,1.

Współczynnik załamania światła (n

1,4061

Lepkość

1245 cPuazy przy 20 ° C.

Pojemność cieplna

1267 J / gK (gaz)

2619 J / gK (płyn)

Ciepło parowania

1519 J / g K

Stabilność

Stabilny w zalecanych warunkach. Jest dodatkowo stabilizowany przez dodanie acetanilidu i soli cyny.

Korozja

Żrący

Rozkład

Rozkłada się pod wpływem światła lub w obecności substancji utleniających i redukujących. Rozkłada się również podczas ogrzewania. Kiedy się rozkłada, uwalnia wodę i tlen, czemu sprzyja wzrost pH i temperatury, a także obecność enzymu katalazy.

Napięcie powierzchniowe

80,4 dyn / cm w 20 ° C

Reaktywność

H ₂ O ₂ działa jako utleniacz w kwaśnych roztworach żelaza (II ) żelazawego (Fe ²⁺ ) do żelaza (F ³⁺ ); utlenia również jon siarczynowy (SO ₃ ^2- ) do jonu siarczanowego (SO ₄ ^2- ).

Może również działać jako środek redukujący w obecności roztworów zasadowych, redukując podchloryn sodu (NaOCl) i nadmanganian potasu (KMnO ₄ ) z wydzielaniem tlenu.

Aplikacje

Bielenie

Nadtlenek wodoru jest stosowany w przemyśle papierniczym do bielenia masy celulozowej i papieru, które pochłaniają większość jego rocznej produkcji.

Środek dezynfekujący

Nadtlenek wodoru jest łagodnym środkiem antyseptycznym zapobiegającym infekcjom małych ran, zadrapań i oparzeń. Jest również stosowany jako płyn do płukania jamy ustnej i łagodzący łagodne podrażnienia jamy ustnej spowodowane obecnością owrzodzeń lub zapalenia dziąseł.

Służy również do dezynfekcji powierzchni, wnętrza lodówek, wody oraz zwalczania nadmiernego rozwoju bakterii w instalacjach wodnych i wieżach chłodniczych. Nadtlenek wodoru uwalnia wolne rodniki tlenowe, które rozkładają zanieczyszczenia.

Detergent

Nadtlenek wodoru jest używany do produkcji środków do prania bielących, w tym nadwęglanu sodu. Związek ten jest kompleksem węglanu sodu i nadtlenku wodoru, który po rozpuszczeniu w wodzie rozdziela się na swoje składniki.

Aplikacja kosmetyczna

Rozcieńczony nadtlenek wodoru jest używany do rozjaśniania włosów przed farbowaniem. Służy również do wybielania zębów, a także jako składnik domowej pasty do zębów.

Gaz pędny

Nadtlenek wodoru jest stosowany jako monopropelant lub składnik utleniający rakiety bipropolentnej. Rozkłada się, uwalniając tlen i wodę, co pozwoliło na jego użycie jako paliwa.

Jest pompowany do komory reakcyjnej w obecności katalizatora, który przyspiesza wspomniany rozkład. W tym czasie powstaje para wodna o wysokiej temperaturze.

Kiedy para wydostaje się przez szczelinę, wytwarza impuls. Okręt podwodny V-80, zbudowany w 1940 roku, wykorzystywał w swoich turbinach tlen pochodzący z nadtlenku wodoru; zwany systemem turbin Waltera.

Otrzymywanie

Początkowo nadtlenek wodoru otrzymywano przemysłowo przez hydrolizę nadsiarczanu amonu lub elektrolizę wodorosiarczanu amonu, NH ₄ HSO ₄ .

Nadtlenek wodoru jest obecnie pozyskiwany na skalę przemysłową przy użyciu antrachinonu. Proces przebiega w czterech etapach: uwodornienie, filtracja, utlenianie, ekstrakcja i oczyszczanie.

Uwodornienie

Alkiloantrochinon jest uwodorniany przez przepuszczenie gazowego wodoru przez uwodorniacz załadowany tlenkiem glinu i niewielką ilością katalizatora (palladu). Temperaturę utrzymuje się na poziomie 45ºC przy ciągłym mieszaniu.

Alkilodrochinon przekształca się w alkiloantrahydrochinon i tetrahydroalkiloantrahydrochinon, przy czym ten ostatni jest wybierany dla jego wygody do następujących procedur.

Filtrowanie

Roztwór zawierający uwodorniony antrachinon jest filtrowany w celu usunięcia śladów katalizatora, który może zawierać.

Utlenianie

Przefiltrowany roztwór utlenia się, przepuszczając przez niego powietrze, tworząc nadtlenek wodoru o niskiej czystości.

Ekstrakcja i oczyszczanie

Roztwór nadtlenku wodoru przepływa przez kolumnę ekstrakcyjną ciecz-ciecz. Woda przepływa przez kolumnę, podczas gdy pompowany jest przez nią roztwór nadtlenku wodoru.

Woda dociera do dna ekstraktora ze stężeniem nadtlenku wodoru między 25 a 35% w / w. Następnie jest oczyszczany przez destylację próżniową do stężenia nadtlenku wodoru 30%. Wreszcie stabilizuje się i jest przechowywany.

Ryzyka

Oparzenie nadtlenkiem wodoru. Źródło: Bobjgalindo

Nadtlenek wodoru jest środkiem żrącym, więc w kontakcie ze skórą powoduje silne podrażnienia, oprócz tymczasowego wybielenia (górne zdjęcie). Może również powodować uszkodzenie oczu, swędzenie, wysypkę, zaczerwienienie i pęcherze.

Wdychanie powoduje podrażnienie nosa, gardła i płuc. Tymczasem wielokrotne narażenie może powodować zapalenie oskrzeli, kaszel, flegmę i duszność. I jakby tego było mało, generuje również bóle głowy, zawroty głowy, nudności i wymioty.

Poważne narażenie na nadtlenek wodoru może powodować gromadzenie się płynu w płucach, znane jako obrzęk płuc - poważny stan, który wymaga natychmiastowej pomocy lekarskiej.

Urząd ds. Bezpieczeństwa i Higieny Pracy (OSHA) ustalił maksymalny dopuszczalny poziom nadtlenku wodoru na poziomie 1 ppm w środowisku pracy podczas 8-godzinnej zmiany. Jednak ponieważ jest to związek mutagenny, narażenie należy ograniczyć do minimum.

Bibliografia

1. Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (Czwarta edycja). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Nadtlenek wodoru. Odzyskane z: en.wikipedia.org
3. William R. Busing i Henri A. Levy. (2004). Crystal and Molecular Structure of Hydrogen Peroxide: A Neutron - Diffraction Study. doi.org/10.1063/1.1696379
4. Narodowe Centrum Informacji Biotechnologicznej. (2019). Nadtlenek wodoru. Baza danych PubChem. CID = 784. Odzyskany z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Redaktorzy Encyclopaedia Britannica. (27 listopada 2018). Nadtlenek wodoru. Encyclopædia Britannica. Odzyskany z: britannica.com
6. Departament Zdrowia stanu New Jersey. (2016). Nadtlenek wodoru. . Odzyskany z: nj.gov
7. Mathews, CK, Van Holde, KE, Ahern, KG (2002). Biochemia. Trzecia edycja. Wydawca Pearson Addison Wesley
8. Web MD. (2019). Nadtlenek wodoru. Odzyskany z: webmd.com