Поділитися:
Властивості пероксиду водню, формула, структура та застосування
The перекис водню або киснюється вода, діоксид або діоксидано є хімічною сполукою, яка представлена формулою H2O2. У чистому вигляді він не проявляє кольору, крім того, що знаходиться в рідкому стані, але трохи більш в'язкий, ніж вода, завдяки кількості "водневих мостів", які можуть утворитися.
Цей пероксид також визнаний одним з найпростіших пероксидів, що розуміються як пероксидні сполуки, які мають просту киснево-кисневу зв'язок.
Його застосування різноманітне і коливається від його потужності як окислювача, відбілюючого агента і дезінфікуючого засобу, і навіть у високих концентраціях, воно використовується як паливо для космічних апаратів, що має особливий інтерес до хімії пропелентів і вибухових речовин..
Перекис водню, є нестабільним, і повільно розкладається в присутності підстав або каталізаторів. Через цю нестабільність пероксид зазвичай зберігається з деяким типом стабілізатора, який знаходиться в присутності слабокислих розчинів.
Пероксид водню можна знайти в біологічних системах, які є частиною людського організму, а ферменти, які діють шляхом його розкладання, відомі як "пероксидази".
Відкриття
Відкриття пероксиду водню призначається французькому вченому Луї Жаку Тенраду, коли він реагує на перекис барію з азотною кислотою.
В удосконаленому варіанті цього процесу використовували соляну кислоту і додаванням сірчаної кислоти, так що сульфат барію можна було осадити. Цей процес використовувався з кінця дев'ятнадцятого століття до середини ХХ століття для отримання перекису.
Вважалося, що пероксид є нестабільним через невдалих спроб ізолювати його від води. Але нестабільність, обумовлена головним чином слідами домішок солей перехідних металів, які каталізували їх розкладання \ t.
Чистий перекис водню вперше був синтезований в 1894 році, майже 80 років після його відкриття, завдяки вченому Річарду Вольфенштейну, який виробляв його завдяки вакуумній перегонці.
Її молекулярну структуру було важко визначити, але італійський хімік-фізик Джакомо Каррара визначив його молекулярну масу кріоскопічним спуском, завдяки чому її структуру можна підтвердити. До цього часу, принаймні, було запропоновано десяток гіпотетичних структур.
Виробництво
Раніше пероксид водню готувався промисловим шляхом гідролізом пероксидисульфата амонію, який був отриманий електролізом розчину бісульфату амонію (NH4HSO4) в сірчаній кислоті..
Сьогодні перекис водню виробляється майже виключно антрахіноновим процесом, який був формалізований у 1936 році і запатентований у 1939 році. Він починається зі скорочення антрахінону (такого як 2-этилантрахинон або 2-амильное похідне) до відповідний антрагідрохінон, зазвичай шляхом гідрування на паладієвому каталізаторі.
Потім антрагідрохінон піддається автоокислення для регенерації вихідного антрахінону, причому перекис водню є побічним продуктом. Більшість комерційних процесів отримують окислення барботированием стисненого повітря через розчин дериватизованого антрацену, так що кисень, присутній в повітрі, реагує з лабільними атомами водню (гидроксигрупп), даючи перекис водню і регенеруючий антрахінону.
Пероксид водню потім екстрагують, і похідне антрахінону знову відновлюють до дигідрокси з'єднання (антрацен), використовуючи газоподібний водень у присутності металевого каталізатора. Після циклу повторюється.
Економіка процесу значною мірою залежить від ефективної переробки хінону (який є дорогим), екстракційних розчинників і каталізатора гідрування..
Властивості перекису водню
Пероксид водню показаний у вигляді світло-блакитної рідини в розведених розчинах і безбарвний при кімнатній температурі з легким гірким смаком. Він трохи більш в'язкий, ніж вода, завдяки водневим зв'язкам, які можуть утворюватися.
Вона вважається слабкою кислотою (PubChem, 2013). Він також є сильним окислювачем, який відповідає за більшість його застосувань, які на додаток до фактичного в якості окислювача, є відбілювач - для паперової промисловості - і також як дезінфікуючий засіб. При низьких температурах він веде себе як кристалічна тверда речовина.
Коли він утворює пероксид карбаміду (CH6N2O3) (PubChem, 2011), він має досить добре відоме застосування як відбілювання зубів, або призначається професійно або, зокрема,.
Існує багато літератури про важливість перекису водню в живих клітинах, оскільки вона відіграє важливу роль у захисті організму від шкідливих господарів, окрім окислювальних біосинтетичних реакцій..
Крім того, існує більше доказів (PubChem, 2013), що навіть при низьких рівнях перекису водню в організмі, це має фундаментальну роль, особливо у вищих організмах. Таким чином, він розглядається як важливий клітинний сигнальний агент, здатний модулювати як шляхи скорочення, так і промотори росту.
Через накопичення пероксиду водню в шкірі пацієнтів, які страждають від депігментного розладу "вітіліго" (López-Lázaro, 2007), епідерміс людини не має нормальної здатності виконувати свої функції, таким чином пропонується, що накопичення пероксиду може відігравати важливу роль у розвитку раку.
Навіть експериментальні дані, (López-Lázaro, 2007), показують, що ракові клітини виробляють великі кількості пероксиду, які пов'язані з чергуванням ДНК, проліферацією клітин тощо..
Невеликі кількості перекису водню можуть вироблятися спонтанно на повітрі. Пероксид водню нестійкий і швидко розкладається на кисень і воду, виділяючи тепло в реакції.
Хоча це не є вогненебезпечним, як уже згадувалося, це потужний окислювач (ATSDR, 2003), який може викликати самозаймання, коли він вступає в контакт з органічними матеріалами..
У перекисі водню кисень (Rayner-Canham, 2000) має «аномальне» стан окислення, оскільки пари атомів з однаковою електронегативністю пов'язані, отже, передбачається, що пара зв'язуючих електронів розділити між ними. У цьому випадку кожен атом кисню має кількість окислення 6 мінус 7, або - l, тоді як атоми водню досі мають + l.
Потужна окислювальна здатність перекису водню по відношенню до води пояснюється його окислювальним потенціалом (Rayner-Canham, 2000), так що він може окислювати іон заліза (II) до іона заліза (III), як показано в наступна реакція:
Пероксид водню також має властивість дисмутару, тобто як зменшувати, так і окислюватися (Rayner-Canham, 2000), як показано наступними реакціями разом з їх потенціалом:
При додаванні двох рівнянь виходить наступне глобальне рівняння:
Хоча «димутація» виступає термодинамічно кажучи, вона не є кінетично сприятливою. Але (Rayner-Canham, 2000), кінетика цієї реакції може бути сприяна з використанням каталізаторів, таких як йодид-іон або інші іони перехідних металів..
Наприклад, фермент "каталаза", присутній в нашому тілі, здатний каталізувати цю реакцію, так що він руйнує шкідливий пероксид, який може існувати в наших клітинах..
Всі оксиди лужної групи, енергійно реагують з водою, дають відповідний розчин гідроксиду металу, але діоксид натрію, генерує пероксид водню, і діоксиди продукують перекис водню і кисень, як показано в наступні реакції (Rayner-Canham, 2000):
Іншими цікавими даними, зібраними з перекису водню, є:
- Молекулярна маса: 34,017 г / моль
- Щільність: 1,11 г / см3 при 20 ºC, в розчинах 30% (w / w) і 1,450 g / cm3 при 20 ºC у чистих розчинах.
- Точки плавлення і кипіння становлять -0,43 ° С і 150,2 ° С відповідно.
- Змішується з водою.
- Розчинні в ефірах, спиртах і нерозчинних в органічних розчинниках.
- Значення його кислотності pKa = 11,75.
Структура
Молекула пероксиду водню утворює непланарну молекулу. Хоча киснево-киснева зв'язок проста, молекула має відносно високий поворотний бар'єр (Wikipedia Encyclopedia Libre, 2012), якщо порівняти її, наприклад, з такою етан, яка також утворена простою ланкою..
Цей бар'єр обумовлений відштовхуванням між іонними парами сусідніх кисень і виявляється, що пероксид здатний показувати "атропизомери", які є стереоізомерами, що виникають внаслідок перешкод обертання навколо одинарного зв'язку, де енергетичні відмінності через до просторової деформації або інших вкладників, вони створюють бар'єр, який є достатньо високим, щоб дозволити ізоляцію окремих конформерів.
Структури газоподібних і кристалічних форм перекису водню істотно відрізняються, і ці відмінності пов'язані з водневою зв'язком, відсутнього в газоподібному вигляді..
Використання
У багатьох будинках для медичних застосувань (перекис водню), а також для відбілювання одягу або волосся часто зустрічається перекис водню в низьких концентраціях (від 3 до 9%)..
При високих концентраціях він використовується промислово, а також для відбілювання текстилю та паперу, а також палива для космічних апаратів, виготовлення губчастої гуми та органічних сполук..
Рекомендується обробляти розчини перекису водню, навіть розбавлені, з рукавичками та засобами для захисту очей, оскільки вони нападають на шкіру.
Пероксид водню є важливим промисловим хімічним з'єднанням (Rayner-Canham, 2000); щорічно відбувається близько 106 тонн у всьому світі. Пероксид водню також використовується в якості промислового реагенту, наприклад в синтезі пероксобората натрію.
Пероксид водню має важливе застосування в реставрації старих полотен (Rayner-Canham, 2000), оскільки одним з основних використовуваних білих пігментів був білий свинець, який відповідав би змішаному основному карбонату, формула якого Pb3 ( OH) 2 (C03) 2.
Сліди сірководню призводять до того, що це біле з'єднання перетворюється на сульфід свинцю (Il), який є чорним, який забарвлює фарбу. Застосування пероксиду водню окисляє сульфід свинцю (Il) до білого сульфату свинцю (Il), який відновлює правильний колір фарби, дотримуючись наступної реакції:
Ще одним цікавим додатком до висвітлення (Rayner-Canham, 2000) є його застосування для зміни форми волосся, що постійно атакує дисульфідні мости, що, природно, відбувається за допомогою перекису водню в трохи основних розчинах, виявлених Рокфеллером Інститут в 1930 році.
Пропеленти і вибухові речовини мають багато спільних властивостей (Rayner-Canham, 2000). Обидва вони працюють за допомогою швидкої екзотермічної реакції, яка виробляє великий об'єм газу. Витіснення цього газу є тим, що приводить ракету вперед, але у випадку вибухової речовини це в основному ударна хвиля, що генерується виробництвом газу, що викликає пошкодження..
В результаті реакції, що використовувалася в першому ракетному літаку, використовували суміш пероксиду водню з гідразином, в якій як реагували даючи молекулярний газ азоту і воду, як проілюстровано в наступній реакції: \ t
При підсумовуванні енергій кожного з реагентів і продуктів виходить, що виділяється енергія 707 КДж / моль тепла для кожного споживаного молі гідразину, що означає дуже екзотермічну реакцію..
Це означає, що він відповідає очікуванням, необхідним для використання в якості палива в пропеллентах, оскільки виробляються дуже великі обсяги газу через дуже малі обсяги двох реактивних рідин. Враховуючи реакційну здатність і корозію цих двох рідин, вони були замінені на більш безпечні суміші на основі тих же критеріїв, які були обрані для використання в якості палива..
У медичному аспекті перекис водню використовується як топовий розчин при очищенні ран, гнійних виразок і місцевих інфекцій. Він часто використовується при лікуванні запальних процесів у зовнішньому слуховому проході або також для полоскання при лікуванні фарингіту..
Він також використовується в області стоматології для очищення кореневих каналів зубів або інших порожнин пульпи зуба, в таких процесах, як ендодонтія, в кінцевому рахунку, в дрібних стоматологічних процесах.
Її використовують при очищенні ран або виразок тощо. це тому, що це агент, здатний знищувати мікроорганізми, але не спори бактерій, це не означає, що вбивають всіх мікроорганізмів, але це знижує рівень цих, так що інфекції не йдуть на великі проблеми. Отже, це відноситься до рівня дезінфікуючих засобів і антисептиків низького рівня.
Пероксид водню реагує з певними ді-ефірами, такими як ефір фенил-оксалату, і виробляє хемілюмінесценцію, це застосування вторинного типу, знайдене в світлих смугах, відоме за його англійською назвою як "свічка палички".
На додаток до всіх його застосувань, існують історичні інциденти з використанням перекису водню, оскільки він все ще є хімічною сполукою, що при високих концентраціях і з урахуванням його реактивності може призвести до вибухів, а це означає, що необхідне захисне обладнання. індивідуально під час обробки, а також з урахуванням відповідних умов зберігання.
Список літератури
- ATSDR. (2003). Токсичні речовини - перекис водню. Отримано 17 січня 2017 року, з atsdr.cdc.gov.
- Відомі вчені - Луї Жак Тенард виявляє перекис водню. (2015). Отримано 17 січня 2017 року, з сайту humantouchofchemistry.com.
- López-Lázaro, M. (2007). Подвійна роль перекису водню в раку: можлива актуальність для хіміопрофілактики та терапії раку. Cancer Letters, 252 (1), 1-8.
- PubChem. (2011). Сечовина перекису водню.
- PubChem. (2013). Перекис водню. Отримано 15 січня 2017 року.
- Rayner-Canham, G. (2000). Описова неорганічна хімія (2а). Освіта Пірсона.
- Вікіпедія - вільна енциклопедія. (2012). Пероксид водню. Отримано з wikipedia.org.