Hidrojen Peroksit: Özellikleri, Formülü, Yapısı ve Kullanımları

Hidrojen peroksit veya hidrojen peroksit, dioksojen veya dioksidan, H202 formülü ile temsil edilen kimyasal bir bileşiktir. Saf haliyle, sıvı halde olmasının yanı sıra renk göstermez, ancak oluşturulabilecek "hidrojen köprüler" miktarı nedeniyle sudan biraz daha viskozdur.

Bu peroksit aynı zamanda basit bir oksijen-oksijen bağına sahip olan bileşikleri peroksit anlamına gelen en basit peroksitlerden biri olarak kabul edilir.

Kullanımları, oksitleyici, ağartma maddesi ve dezenfektan olarak gücünden farklı olarak değişebilir ve hatta yüksek konsantrasyonlarda bile, itici ve patlayıcı kimyasına özel ilgi duyan uzay aracı için bir yakıt olarak kullanılmıştır.

Hidrojen peroksit, kararsız bir maddedir ve bazlar veya katalizörler varlığında yavaşça ayrışır. Bu kararsızlık nedeniyle, peroksit genellikle hafif asidik çözeltilerin mevcudiyetinde bir tür dengeleyici ile depolanır.

Hidrojen peroksit, insan vücudunun bir parçası olan biyolojik sistemlerde bulunabilir ve onu parçalayarak hareket eden enzimler "peroksidazlar" olarak bilinir.

keşif

Hidrojen peroksit keşfi, baryum peroksit nitrik asit ile reaksiyona girdiğinde Fransız bilim adamı Louis Jacques Thenard'a verildi.

Bu işlemin geliştirilmiş bir versiyonunda hidroklorik asit ve sülfürik asit ilavesiyle baryum sülfat çökeltilebilir. Bu işlem, on dokuzuncu yüzyılın sonlarından yirminci yüzyılın ortasına kadar peroksit üretmek için kullanılmıştır.

Her zaman peroksitin dengesiz olduğu düşünülüyordu, çünkü tüm başarısızlığı sudan izole etme girişimleri yüzünden. Ancak dengesizlik esas olarak, ayrışmalarını katalize eden geçiş metallerinin tuzlarının safsızlıklarından kaynaklanmaktadır.

Saf hidrojen peroksit, ilk defa 1894'te, keşfedilmeden neredeyse 80 yıl sonra, vakum damıtma sayesinde onu üreten bilim adamı Richard Wolffenstein sayesinde sentezlendi.

Moleküler yapısının belirlenmesi zordu, ancak İtalyan kimyasal fizikçi Giacomo Carrara moleküler kütlesini kriyoskopik iniş ile belirleyen yapıydı, bu sayede yapısının doğrulanabilmesi sağlandı. O ana kadar, en azından bir düzine varsayımsal yapı önerildi.

üretim

Daha önce, hidrojen peroksit endüstriyel olarak amonyum peroksidisülfatın hidrolizi ile hazırlandı; bu, sülfürik asit içinde bir amonyum bisülfat çözeltisinin (NH4HS04) elektrolizi ile elde edildi.

Bugün, hidrojen peroksit neredeyse sadece 1936'da resmileştirilmiş ve 1939'da patentli olan antrakinon işlemi ile üretilmektedir. Bir antrakinonun (2-etilantrakinon veya 2-amil türevinin) karşılık gelen antrahidrokinon, tipik olarak bir paladyum katalizörü üzerinde hidrojenleme ile.

Antrahidrokinon daha sonra bir başlangıç ​​ürünü olarak hidrojen peroksit ile başlangıç ​​antrakinonunu yeniden oluşturmak için otoksidasyona tabi tutulur. Ticari işlemlerin çoğu, türevlendirilmiş bir antrasen çözeltisinden basınçlı hava kabarcıkları geçirerek oksidasyon elde eder, böylece havada bulunan oksijen, hidrojen peroksit veren ve yenilenen, değişken hidrojen atomlarıyla (hidroksi gruplarının) reaksiyona girer. antrakinon.

Hidrojen peroksit daha sonra ekstrakt edilir ve antrakinon türevi, bir metal katalizör varlığında hidrojen gazı kullanılarak tekrar dihidroksi bileşiğe (antrasen) indirgenir. Döngüden sonra tekrarlar.

İşlemin ekonomisi büyük ölçüde kinonun (pahalı olan) geri kazanımına, ekstraksiyon çözücülerine ve hidrojenasyon katalizörüne etkili bir şekilde bağlıdır.

Hidrojen peroksit özellikleri

Hidrojen peroksit, seyreltilmiş çözeltilerde açık mavi bir sıvı ve oda sıcaklığında renksiz, hafif bir acı tadı ile gösterilmiştir. Oluşturabileceği hidrojen bağları nedeniyle sudan biraz daha viskozdur.

Zayıf bir asit olarak kabul edilir (PubChem, 2013). Aynı zamanda, bir oksidan olarak gerçek olanın yanı sıra, kağıt endüstrisi için - ve bir dezenfektan olarak ağartıcı olan uygulamalarının çoğundan sorumlu olan güçlü bir oksitleyici ajandır. Düşük sıcaklıklarda kristalimsi bir katı gibi davranır.

Karbamid peroksit oluştururken (CH6N2O3) (PubChem, 2011), profesyonel olarak veya belirli bir şekilde uygulanan diş beyazlatma olarak oldukça kabul görmüş bir kullanıma sahiptir.

Hidrojen peroksitin canlı hücrelerde önemi hakkında birçok literatür var, çünkü oksidatif biyosentetik reaksiyonlara ek olarak organizmanın zararlı konaklara karşı korunmasında önemli bir rol oynuyor.

Ek olarak, vücuttaki düşük hidrojen peroksit seviyelerinde bile, bunun özellikle yüksek organizmalarda temel bir rol oynadığına dair daha fazla kanıt vardır (PubChem, 2013). Bu nedenle, hem büzülme hem de büyüme promotörlerini modüle edebilen önemli bir hücresel sinyalleşme ajanı olarak kabul edilir.

"Vitiligo" depigasyon bozukluğu çeken hastaların derisinde hidrojen peroksit birikmesi nedeniyle, insan epidermisinin işlevlerini yerine getirme kapasitesinin normal olmadığı, bu yolla Peroksit birikimi kanser gelişiminde önemli bir rol oynayabilir.

Yine de, deneysel veriler (López-Lázaro, 2007), kanser hücrelerinin DNA değişimleri, hücre çoğalması vb. İle ilişkili büyük miktarda peroksit ürettiğini göstermektedir.

Havada kendiliğinden az miktarda hidrojen peroksit üretilebilir. Hidrojen peroksit kararsızdır ve reaksiyonda ısıyı serbest bırakarak hızla oksijene ve suya ayrışır.

Yanıcı olmamasına rağmen, daha önce de belirtildiği gibi, organik maddelerle temas ettiğinde kendiliğinden yanmaya neden olabilecek güçlü bir oksitleyici ajandır (ATSDR, 2003).

Hidrojen perokside, oksijen (Rayner-Canham, 2000) "anormal" bir oksidasyon durumuna sahiptir, çünkü aynı elektronegativiteye sahip atom çiftleri birbirine bağlanır, bu nedenle, bağlayıcı elektron çiftinin olduğu varsayılmalıdır. aralarında bölün. Bu durumda, her oksijen atomu 6 eksi 7 veya - l oksidasyon sayısına sahipken, hidrojen atomları hala + 1'dir.

Hidrojen peroksitin suya karşı güçlü oksitleyici gücü, oksidasyon potansiyeli (Rayner-Canham, 2000) ile açıklanmaktadır, bu şekilde, demir (II) iyonunu demir (III) iyonuna oksitleyebilmekte, aşağıdaki reaksiyon:

Hidrojen peroksit ayrıca, aşağıdaki tepkimelerin potansiyelleriyle birlikte gösterildiği gibi, hem azaltma hem de oksitlenme özelliğine sahip dismutar özelliğine de sahiptir (Rayner-Canham, 2000).

İki denklemi eklerken, aşağıdaki global denklem elde edilir:

Her ne kadar "dismutation", termodinamik olarak konuşulsa bile, kinetik olarak tercih edilmez. Ancak (Rayner-Canham, 2000), bu reaksiyonun kinetiği, iyodür iyonu veya diğer geçiş metali iyonları gibi katalizörlerin kullanımı ile desteklenebilir.

Örneğin, vücudumuzda bulunan "katalaz" enzimi, bu reaksiyonu katalize edebilir, böylece hücrelerimizde bulunabilecek zararlı peroksiti yok eder.

Alkalin grubunun tüm oksitleri, metal hidroksitin karşılık gelen çözeltisini vermek üzere suyla kuvvetli şekilde reaksiyona girer, ancak sodyum dioksit, hidrojen peroksit üretir ve dioksitler, gösterildiği gibi, hidrojen peroksit ve oksijen üretir. aşağıdaki reaksiyonlar (Rayner-Canham, 2000):

Hidrojen peroksitten toplanan diğer ilginç veriler:

• Moleküler kütle: 34, 017 g / mol
• Yoğunluk: 20 atC'de 1.11 g / cm3, % 30 (a / a) çözeltilerinde ve 20 ºC'de 1.450 g / cm3 saf çözeltilerde.
• Erime ve kaynama noktaları sırasıyla -0.43 ° C ve 150.2 ° C'dir.
• Su ile karışır.
• Eterlerde çözünür, alkoller ve organik çözücülerde çözünmez.
• Asitlik değeri pKa = 11.75'tir.

yapı

Hidrojen peroksit molekülü, düzlemsel olmayan bir molekülü oluşturur. Oksijen-oksijen bağı basit olmasına rağmen, molekülün nispeten yüksek bir dönme bariyeri vardır (Vikipedi Ansiklopedisi Libre, 2012), örneğin, aynı zamanda tek bir bağ tarafından oluşturulan etan ile karşılaştırırsak.

Bu bariyer, bitişik oksijenlerin iyon çiftleri arasındaki itişme nedeniyle ortaya çıkar ve peroksitin, enerji farklılıklarının meydana geldiği tek bir bağın etrafında meydana gelen rotasyon nedeniyle oluşan stereoizomerler olan "atropizomerler" gösterebileceği ortaya çıkar. sterik deformasyon veya diğer katkıda bulunanlar için, bireysel konformerlerin izolasyonuna izin verecek kadar yüksek bir dönme bariyeri yaratırlar.

Gaz halinde ve kristalimsi hidrojen peroksit formlarının yapıları önemli ölçüde farklılık gösterir ve bu farklılıklar, gaz halinde bulunmayan hidrojen bağına bağlanır.

uygulamaları

Hidrojen peroksitin düşük konsantrasyonlarda (% 3 ila% 9), tıbbi uygulamalarda (hidrojen peroksit) birçok evde, ayrıca çamaşırların veya saçların beyazlatılmasında yaygın olması yaygındır.

Yüksek konsantrasyonlarda endüstriyel olarak, aynı zamanda tekstil ve kağıdın beyazlatılmasının yanı sıra uzay aracı için yakıt, süngerimsi kauçuk üretimi ve organik bileşikler için kullanılır.

Seyreltilmiş olanlar bile dahil olmak üzere hidrojen peroksit çözeltilerinin eldiven ve göz koruması ile kullanılması tavsiye edilir, çünkü cilde zarar verir.

Hidrojen peroksit önemli bir endüstriyel kimyasal bileşiktir (Rayner-Canham, 2000); Her yıl dünya çapında 106 ton civarında ortaya çıkıyor. Hidrojen peroksit ayrıca örneğin sodyum perokoborat sentezinde endüstriyel bir reaktif olarak kullanılır.

Hidrojen peroksit, eski resimlerin restorasyonunda önemli bir uygulamaya sahiptir (Rayner-Canham, 2000), çünkü en çok kullanılan beyaz pigmentlerden biri, kurşun beyaz renktedir; bu, formülü Pb3 olan karma bir bazik karbonata karşılık gelirdi. OH) 2 (C03) 2.

Hidrojen sülfit izleri bu beyaz bileşiğin, boyayı lekeleyen siyah olan kurşun sülfite (Il) dönüşmesine neden olur. Hidrojen peroksitin uygulanması, aşağıdaki reaksiyonun ardından, kurşunun rengini eski haline getiren kurşun sülfiti (Il) beyaz kurşun sülfata (Il) okside eder:

Vurgulanması gereken bir başka ilginç uygulama (Rayner-Canham, 2000), Rockefeller tarafından keşfedilmiş hafif bazik çözeltilerde doğal olarak hidrojen peroksit vasıtasıyla sahip olduğu disülfür köprülerine kalıcı olarak saldıran saç şeklini değiştirmeye yönelik uygulamasıdır. 1930 yılında Enstitü.

İtici maddeler ve patlayıcılar ortak birçok özelliğe sahiptir (Rayner-Canham, 2000). Her ikisi de, büyük miktarda gaz üreten hızlı bir ekzotermik reaksiyon vasıtasıyla çalışır. Bu gazın atılması, roketi ileri iten şeydir, ancak patlayıcı olması durumunda, esas olarak hasara neden olan gazın ürettiği şok dalgasıdır.

İlk roketle çalışan uçakta kullanılan reaksiyon, aşağıdaki reaksiyonda gösterildiği gibi, her ikisi de moleküler azot gazı ve su verecek şekilde reaksiyona giren hidrazin ile bir hidrojen peroksit karışımı kullandı:

Her reaktifin ve ürünlerin her birinin enerjilerini toplarken, tüketilen her bir hidrazin molü için 707 Kj / mol ısı enerjisi açığa çıkar, bu da çok ekzotermik bir reaksiyon anlamına gelir.

Bu, iki reaktif sıvının çok küçük hacimleriyle çok büyük miktarlarda gaz üretildiğinden itici gazlarda yakıt olarak kullanılması gereken beklentileri karşıladığı anlamına gelir. Bu iki sıvının reaktivitesi ve korozyonu göz önüne alındığında, artık yakıt olarak kullanılmak üzere seçilen kritere göre bazlarda daha güvenli karışımlar ile değiştirilmiştir.

Tıbbi açıdan, hidrojen peroksit, yara temizliğinde, ülserleri ve lokal enfeksiyonları temizlemede topikal çözelti olarak kullanılır. Harici işitsel kanaldaki iltihaplı işlemlerin tedavisinde veya ayrıca farenjit tedavilerinde gargara yapmak için sıkça kullanılmıştır.

Dişhekimliği alanında da, endodontik gibi işlemlerde, sonuçta küçük diş işlemlerinde, dişlerin kök kanallarını veya diş pulpasının diğer boşluklarını temizlemek için kullanılır.

Yaraların veya ülserlerin vs. temizlenmesinde kullanımı Bunun nedeni, mikroorganizmaları yok edebilen bir ajan olması, ancak bakteri sporlarının değil, bu, tüm mikroorganizmaları öldürmek anlamına gelmez, fakat bunların seviyesini düşürmesidir, böylece enfeksiyonlar büyük sorunlara yol açmaz. Bu yüzden düşük seviye dezenfektan ve antiseptik seviyesine ait olacaktır.

Hidrojen peroksit, fenil oksalat esteri gibi bazı di-esterlerle reaksiyona girer ve kemilüminesans üretir, bu, "kızdırma çubuğu" olarak İngilizce adıyla bilinen hafif çubuklarda bulunan ikincil tipte bir uygulamadır. .

Tüm kullanımlarına ek olarak, hidrojen peroksit kullanımıyla ilgili tarihsel olaylar vardır, çünkü hala yüksek konsantrasyonlarda ve reaktivitesinde verilen bir kimyasal bileşik olduğu için patlamalara yol açabilir, bu da koruyucu ekipmanın gerekli olduğu anlamına gelir. Uygun saklama koşullarını dikkate almanın yanı sıra, kullanım sırasında bireyseldir.