ŪDEŅRAŽA PEROKSĪDS (H2O2): STRUKTŪRA, ĪPAŠĪBAS, LIETOJUMS, IEGŪŠANA - ĶĪMIJA - 2025

Ūdeņraža peroksīds ir neorganisks savienojums ar ķīmiskā formula H ₂ O ₂ . Kopumā tas ir šīs ķīmisko savienojumu grupas vienkāršākais peroksīds. Tā struktūras formula ir HOOH, šis iekšējais skābekļa piemaisījums ir raksturīgs visiem peroksīdiem.

1818. gadā H ₂ O ₂ identificēja Luijs Žaks Tēnards, kurš sagatavoja ķīmisku savienojumu, kuru viņš pēc tam sauca par ūdeņraža peroksīdu. Tas ir nestabils savienojums, sadaloties gaismas, siltuma un dažu metālu iedarbībai.

Ūdeņraža peroksīda ķīmiskā formula

Tas ir ļoti noderīgs savienojums, ko izmanto nelielu brūču dezinfekcijai, matu balināšanai, ūdens apstrādei utt. Lai arī tam var būt kaitīga iedarbība uz cilvēkiem, tas atrodams visās dzīvo būtņu eikariotu šūnās, kur tas veic vairākas labvēlīgas funkcijas.

Ūdeņraža peroksīds rada toksisku vielu, piemēram, fenolu, etanola, formaldehīda utt., Oksidāciju, produktus, kurus izvada aknas un nieres. Turklāt tas veicina neitrofilo leikocītu un makrofāgu fagocitozēto baktēriju iznīcināšanu.

Uzbūve

Molekula

Ūdeņraža peroksīda molekula, ko attēlo lodveida un nūjas modelis. Avots: Benjah-bmm27, izmantojot Wikipedia.

Augšējā attēlā parādīta H ₂ O ₂ (HOOH) molekulas struktūra ar sarkanajām sfērām, kas atbilst skābekļa atomiem, un baltas, ar ūdeņraža atomiem. Ņemiet vērā, ka molekula nav plakana un ka H atomi nav aptumšoti telpā (viens otram pretī).

Interesanti, ka H ₂ O ₂ ir grūti pagriezt centrālo vienkāršo saiti OO, tāpēc šo H pozīcijas nevar mainīt. viens neies uz leju, kamēr otrs iet uz augšu.

Kāpēc? Tā kā divos skābekļa atomos ir divi brīvi elektronu pāri, kas kopā dod astoņus ļoti tuvu elektronus, kas atgrūž viens otru negatīvo lādiņu dēļ.

Rotācijas

Tomēr OO saite ir jutīga pret nelielu rotāciju, pateicoties mijiedarbībai ar apkārtējo vidi.

Piemēram, apvienojot abus īkšķus, pagarinot rādītājpirkstus un pārējos aizverot, it kā zīmējot galdu, un pēc tam pagriežot īkšķus tā, lai viens no rādītājpirkstiem būtu vērsts uz priekšu, bet otrs atpakaļ, jums būs aptuvenais H ₂ O ₂ attēlojums .

Ja ķermenis pieskaras kādam no rādītājpirkstiem, īkšķi rotēs, reaģējot uz šo mijiedarbību; tomēr viņi nekavējoties atgriezīsies sākotnējā stāvoklī iepriekš minēto elektronisko atgrūžu dēļ. Šīs rotācijas tādējādi rāda šīs molekulas dinamiskos aspektus.

Starpmolekulārā mijiedarbība

Šķidrā stāvoklī H ₂ O ₂ izdodas izveidot ūdeņraža saites (HOOH-O ₂ H ₂ ), jo pretējā gadījumā tās augstā viršanas temperatūra (150 ºC) salīdzinājumā ar ūdeni nebūtu izskaidrojama.

Pēc tam, kad tas nonāk gāzes fāzē, H ₂ O ₂ molekulas domājams vairs nevar veidot šādus tiltu, pateicoties ne tikai ar lielāku starpmolekulārā attāluma, bet arī ūdeņraža atomi būtu pirmā pieskarties gadījumā sadursmes (tas var atkal vizualizē, izmantojot pirksta modeli).

Tikmēr cietā fāzē H izveidoto plakņu leņķis ir 90 ° (rādītājpirkstus nolieciet perpendikulāri). Tagad ūdeņraža saites kļūst vēl svarīgākas, un H ₂ O ₂ molekulas ir sakārtotas kristālā ar tetragonālu struktūru.

Īpašības

sPudele ar ūdeņraža peroksīdu. Aptiekās to panāk ar koncentrāciju 3% m / v. Avots: Pixnio.

Vārdi

-Ūdeņraža peroksīds

-Dioksidāns

-Oksidanolu

-Perhidroksiskā skābe

-O-hidroksiols

-Peroksīds

Molārā masa

34,0147 g / mol

Ārējais izskats

Bāli zils (koncentrēts) vai bezkrāsains šķidrums. Tas ir nedaudz viskozāks un blīvāks nekā ūdens. Tas ir destilēts drošībai zemā temperatūrā un pazeminātā spiedienā, jo karsējot tas sadalās sprādzienbīstamā formā.

Smarža

Asas vai ozonam līdzīgas smakas.

Garša

Rūgti

Blīvums

Ciets 1,71 g / cm ³

Tā ūdens šķīdumu blīvums ir atkarīgs no to koncentrācijas; piemēram, pie 27% tā blīvums ir 1,10 g / cm ³ , bet pie 50% - 1,13 g / cm ³

Kušanas punkts

- 0,43 ºC

Vārīšanās punkts

150,2 ° C. Šo vērtību iegūst ekstrapolējot, jo ūdeņraža peroksīds sadalās augstā temperatūrā.

Šķīdība ūdenī

Sajauc ≥ 100 mg / ml 25 ºC temperatūrā

Šķīdība

Tas šķīst ēterī un spirtos, bet nešķīst petrolēterī. Daudzos organiskos šķīdinātājos tas sadalās ūdenī un skābeklī.

Oktanola / ūdens sadalījuma koeficients

Žurnāls P = - 0,43

Tvaika spiediens

5 mmHg 30 ° C temperatūrā.

Disociācijas konstante

pKa = 11,72

pH

Ūdeņraža peroksīda šķīdumi ir nedaudz skābi. Piemēram, 35% produkta pH ir 4,6; bet koncentrējot 90%, pH kļūst mazāk skābs: 5.1.

Refrakcijas indekss (n

1,4061

Viskozitāte

1 245 cPoise 20 ° C temperatūrā.

Siltuma jauda

1,267 J / gK (gāze)

2619 J / gK (šķidrums)

Iztvaikošanas siltums

1,519 J / g K

Stabilitāte

Stabils ieteicamajos apstākļos. Tālāk to stabilizē, pievienojot acetanilīdu un alvas sāļus.

Korozija

Kodīgs

Sadalīšanās

Tas sadalās gaismas iedarbībā vai oksidējošu un reducējošu vielu klātbūtnē. Tas arī sadalās karsējot. Sadaloties, tas atbrīvo ūdeni un skābekli, un to veicina pH un temperatūras paaugstināšanās, kā arī fermenta katalāzes klātbūtne.

Virsmas spraigums

80,4 dynes / cm 20 ° C temperatūrā

Reaģētspēja

H ₂ O ₂ darbojas kā oksidētājs melnā dzelzs (Fe ²⁺ ) skābo šķīdumu veidā par dzelzs dzelzi (F ³⁺ ); tas arī oksidē sulfīta jonu (SO ₃ ² ) par sulfāta jonu (SO ₄ ² ).

Tas var darboties arī kā reducētājs pamata šķīdumu klātbūtnē, reducējot nātrija hipohlorītu (NaOCl) un kālija permanganātu (KMnO ₄ ) ar skābekļa izdalīšanos.

Lietojumprogrammas

Balināšana

Ūdeņraža peroksīds tiek izmantots papīra rūpniecībā celulozes un papīra balināšanā, kas patērē lielāko daļu gada produkcijas.

Dezinfekcijas līdzeklis

Ūdeņraža peroksīds ir viegls antiseptisks līdzeklis, kas novērš nelielu brūču, skrāpējumu un apdegumu inficēšanos. To lieto arī kā mutes skalošanu un mazinātu mutes kairinājumu, kas saistīts ar čūlas vai gingivīta klātbūtni.

To izmanto arī virsmu, ledusskapju iekštelpu, ūdens dezinfekcijai un cīņai pret pārmērīgu baktēriju augšanu ūdens sistēmās un dzesēšanas torņos. Ūdeņraža peroksīds izdala brīvos skābekļa radikāļus, kas noārda piesārņotājus.

Mazgāšanas līdzeklis

Ūdeņraža peroksīdu izmanto veļas balināšanas mazgāšanas līdzekļu, ieskaitot nātrija perkarbonātu, ražošanā. Šis savienojums ir nātrija karbonāta un ūdeņraža peroksīda komplekss, kas, izšķīdinot ūdenī, sadalās tā komponentos.

Kosmētikas uzklāšana

Matu balināšanai pirms krāsošanas izmanto atšķaidītu ūdeņraža peroksīdu. To lieto arī zobu balināšanai, kā arī daļu no pašmāju zobu pastas.

Propelents

Ūdeņraža peroksīds tiek izmantots kā bipropolentās raķetes monopelents vai oksidējoša sastāvdaļa. Tas sadalās, izdalot skābekli un ūdeni - īpašība, kas ļāva to izmantot kā propelentu.

Tas tiek iesūknēts reakcijas šūnā ar katalizatora klātbūtni, kas paātrina minēto sadalīšanos. Tās laikā rodas augstas temperatūras ūdens tvaiki.

Kad tvaiks tiek izvadīts caur spraugu, tas rada impulsu. Zemūdene V-80, kas uzcelta 1940. gadā, savās turbīnās izmantoja skābekli, kas iegūts no ūdeņraža peroksīda; sauc par Valtera turbīnu sistēmu.

Iegūšana

Sākumā ūdeņraža peroksīdu rūpnieciski ieguva, hidrolizējot amonija persulfātu vai elektrolizējot amonija bisulfātu, NH ₄ HSO ₄ .

Ūdeņraža peroksīdu pašlaik rūpnieciski iegūst, izmantojot antrahinonu. Procesu veic četros posmos: hidrogenēšana, filtrēšana, oksidēšana, ekstrakcija un attīrīšana.

Hidrogenēšana

Alkilanthinohinonu hidrogenē, izlaižot ūdeņraža gāzi caur hidrogenatoru, kurā iepildīts alumīnija oksīds un neliels daudzums katalizatora (pallādija). Temperatūru tur 45ºC, nepārtraukti maisot.

Alkildrohinonu pārvērš alkil-antrahidrohinonā un tetrahidroalkilanthidrohinolonā, pēdējo izvēloties tā ērtībai šādām procedūrām.

Filtrēšana

Šķīdumu, kas satur hidrogenētu antrahinonu, filtrē, lai noņemtu pēdas no katalizatora, kuru tas var saturēt.

Oksidēšana

Filtrētais šķīdums tiek oksidēts, caur to izejot gaisu, veidojot zemas tīrības pakāpes ūdeņraža peroksīdu.

Ekstrakcija un attīrīšana

Ūdeņraža peroksīda šķīdums iziet caur šķidruma-šķidruma ekstrakcijas kolonnu. Ūdens plūst caur kolonnu, bet ūdeņraža peroksīda šķīdums tiek sūknēts caur to.

Ūdens sasniedz ekstraktora dibenu ar ūdeņraža peroksīda koncentrāciju no 25 līdz 35 masas%. Pēc tam to attīra ar vakuuma destilāciju līdz ūdeņraža peroksīda koncentrācijai 30%. Visbeidzot tas stabilizējas un tiek glabāts.

Riski

Ūdeņraža peroksīda sadedzināšana. Avots: Bobjgalindo

Ūdeņraža peroksīds ir kodīgs līdzeklis, tāpēc, nonākot saskarē ar ādu, papildus īslaicīgai balināšanai rada spēcīgu kairinājumu (attēls augšpusē). Tas var izraisīt arī acu bojājumus, niezi, izsitumus, apsārtumu un pūtītes.

Ieelpošana izraisa deguna, rīkles un plaušu kairinājumu. Tikmēr atkārtota iedarbība var izraisīt bronhītu, klepu, flegmu un elpas trūkumu. Un it kā ar to būtu par maz, bet tas arī rada galvassāpes, reiboni, nelabumu un vemšanu.

Smaga ūdeņraža peroksīda iedarbība var izraisīt šķidruma uzkrāšanos plaušās, ko sauc par plaušu edēmu - nopietns stāvoklis, kam nepieciešama tūlītēja medicīniska palīdzība.

Darba drošības un veselības pārvalde (OSHA) ir noteikusi maksimālo pieļaujamo ūdeņraža peroksīda daudzumu 1 ppm darba vidē 8 stundu maiņā. Tomēr, tā kā tas ir mutagēns savienojums, iedarbība būtu jāsamazina līdz minimumam.

Atsauces

1. Šiveris un Atkins. (2008). Neorganiskā ķīmija. (Ceturtais izdevums). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019. gads). Ūdeņraža peroksīds. Atgūts no: en.wikipedia.org
3. Viljams R. Busings un Henri A. Levijs. (2004). Ūdeņraža peroksīda kristāla un molekulārā uzbūve: neitronu - difrakcijas pētījums. doi.org/10.1063/1.1696379
4. Nacionālais biotehnoloģijas informācijas centrs. (2019. gads). Ūdeņraža peroksīds. PubChem datu bāze. CID = 784. Atgūts no: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Enciklopēdijas Britannica redaktori. (2018. gada 27. novembris). Ūdeņraža peroksīds. Encyclopædia Britannica. Atgūts no: britannica.com
6. Ņūdžersijas veselības departaments. (2016). Ūdeņraža peroksīds. . Atgūts no: nj.gov
7. Mathews, CK, Van Holde, KE, Ahern, KG (2002). Bioķīmija. Trešais izdevums. Izdevējs Pīrsons Adisons Veslijs
8. Tīmekļa MD. (2019. gads). Ūdeņraža peroksīds. Atgūts no: webmd.com