WATERSTOFPEROXIDE (H2O2): STRUCTUUR, EIGENSCHAPPEN, GEBRUIK, VERKRIJGEN - CHEMIE - 2026

Het waterstofperoxide is een anorganische verbinding met de chemische formule H ₂ O ₂ . Van alles is het het eenvoudigste peroxide van deze familie van chemische verbindingen. De structuurformule is HOOH, deze interne zuurstofbrug is kenmerkend voor alle peroxiden.

In 1818 werd H ₂ O ₂ geïdentificeerd door Louies Jacques Thénard, die een chemische verbinding bereidde die hij toen waterstofperoxide noemde. Het is een onstabiele verbinding, het ontleedt bij blootstelling aan licht, hitte en sommige metalen.

Chemische formule van waterstofperoxide

Het is een zeer nuttige verbinding die wordt gebruikt bij het desinfecteren van kleine wonden, het bleken van haar, waterbehandeling, enz. Hoewel het schadelijke effecten kan hebben op mensen, wordt het aangetroffen in alle eukaryote cellen van levende wezens, waar het verschillende gunstige functies vervult.

Waterstofperoxide produceert de oxidatie van giftige stoffen zoals fenolen, ethanol, formaldehyde, enz., Producten die worden uitgescheiden door de lever en de nieren. Bovendien draagt ​​het bij tot de vernietiging van bacteriën die gefagocyteerd worden door neutrofiele leukocyten en macrofagen.

Structuur

Molecuul

Waterstofperoxidemolecuul weergegeven door een ball-and-stick-model. Bron: Benjah-bmm27 via Wikipedia.

De bovenste afbeelding toont de structuur van het H ₂ O ₂ (HOOH) -molecuul, waarbij de rode bollen overeenkomen met de zuurstofatomen en de witte met de waterstofatomen. Merk op dat het molecuul niet vlak is, en dat de H-atomen niet in de ruimte (tegenover elkaar) worden verduisterd.

Interessant is dat H ₂ O ₂ het moeilijk vindt om zijn centrale eenvoudige binding OO te roteren, zodat de posities van deze H's niet kunnen worden verwisseld; de ene gaat niet naar beneden terwijl de andere omhoog gaat.

Waarom? Omdat er in de twee zuurstofatomen twee vrije elektronenparen zijn, wat in totaal acht zeer nabije elektronen oplevert die elkaar afstoten vanwege hun negatieve ladingen.

Rotaties

Toch is de OO-link vatbaar voor lichte rotatie vanwege interacties met zijn omgeving.

Door bijvoorbeeld de twee duimen bij elkaar te brengen, met de wijsvingers uitgestrekt en de andere gesloten, alsof je een baan trekt, en vervolgens de duimen zo te draaien dat een van de wijsvingers naar voren en de andere naar achteren wijst, heb je een geschatte weergave van H ₂ O ₂ .

Als een lichaam een ​​van de wijsvingers aanraakt, zullen de duimen draaien als reactie op deze interactie; ze zullen echter onmiddellijk terugkeren naar hun oorspronkelijke positie vanwege de bovengenoemde elektronische afstotingen. Deze rotaties kaderen dus de dynamische aspecten van dit molecuul.

Intermoleculaire interacties

In vloeibare toestand slaagt H ₂ O ₂ erin om waterstofbruggen (HOOH-O ₂ H ₂ ) tot stand te brengen, omdat anders het hoge kookpunt (150 ºC) in vergelijking met dat van water niet zou worden verklaard.

Zodra het in de gasfase terechtkomt, kunnen de H ₂ O _2- moleculen dergelijke bruggen waarschijnlijk niet meer vormen, niet alleen vanwege de grotere intermoleculaire afstand, maar ook de waterstofatomen zouden als eerste in aanraking komen in geval van botsingen (dit kan opnieuw gevisualiseerd met behulp van het vingermodel).

Ondertussen, in de vaste fase, is de hoek van de vlakken bepaald door de H 90 ° (zet de wijsvingers loodrecht). Nu worden de waterstofbruggen nog belangrijker en zijn de H ₂ O _2- moleculen gerangschikt in een kristal met een tetragonale structuur.

Eigendommen

Fles met waterstofperoxide. In apotheken wordt het bereikt met een concentratie van 3% m / v. Bron: Pixnio.

Namen

-Waterstof peroxide

-Dioxidan

-Oxidanol

-Perhydroxic zuur

-O-hydroxyol

-Peroxide

Molaire massa

34,0147 g / mol

Fysiek uiterlijk

Lichtblauwe (geconcentreerde) of kleurloze vloeistof. Het is iets stroperiger en dichter dan water. Het wordt voor de veiligheid gedestilleerd bij lage temperaturen en onder verminderde druk, aangezien het bij verhitting in een explosieve vorm ontleedt.

Geur

Scherpe of ozonachtige geur.

Smaak

Bitter

Dichtheid

Massief 1,71 g / cm ³

De dichtheid van zijn waterige oplossingen hangt af van hun concentratie; bij 27% heeft het bijvoorbeeld een dichtheid van 1,10 g / cm ³ , terwijl bij 50% 1,13 g / cm ³

Smeltpunt

- 0,43 ºC

Kookpunt

150,2 ° C. Deze waarde is verkregen door extrapolatie, aangezien waterstofperoxide ontleedt bij hoge temperaturen.

Oplosbaarheid in water

Mengbaar ≥ 100 mg / ml bij 25 ºC

Oplosbaarheid

Het is oplosbaar in ether en alcoholen, maar onoplosbaar in petroleumether. Het valt in veel organische oplosmiddelen uiteen in water en zuurstof.

Verdelingscoëfficiënt octanol / water

Log P = - 0,43

Dampdruk

5 mmHg bij 30 ° C.

Dissociatieconstante

pKa = 11,72

pH

Waterstofperoxide-oplossingen zijn licht zuur. Bijvoorbeeld, een 35% heeft een pH van 4,6; maar wanneer geconcentreerd op 90%, wordt de pH minder zuur: 5.1.

Brekingsindex (n

1.4061

Viscositeit

1.245 cPoise bij 20 ° C.

Warmte capaciteit

1267 J / gK (gas)

2.619 J / gK (vloeistof)

Warmte van verdamping

1.519 J / g K

Stabiliteit

Stabiel onder aanbevolen omstandigheden. Het wordt verder gestabiliseerd door de toevoeging van aceetanilide en tinzouten.

Corrosie

Bijtend

Ontleding

Het ontleedt bij blootstelling aan licht of in aanwezigheid van oxiderende en reducerende stoffen. Het ontleedt ook bij verwarming. Wanneer het ontleedt, geeft het water en zuurstof af en wordt het bevorderd door een verhoging van de pH en temperatuur, evenals door de aanwezigheid van het enzym catalase.

Oppervlaktespanning

80,4 dyne / cm bij 20 ° C

Reactiviteit

H ₂ O ₂ fungeert als oxidatiemiddel in zure oplossingen van ferro-ijzer (Fe ²⁺ ) tot ferri-ijzer (F ³⁺ ); het oxideert ook het sulfietion (SO ₃ ^2- ) tot sulfaation (SO ₄ ^2- ).

Het kan ook dienen als reductiemiddel in aanwezigheid van basische oplossingen, waarbij natriumhypochloriet (NaOCl) en kaliumpermanganaat (KMnO ₄ ) worden gereduceerd door het vrijkomen van zuurstof.

Toepassingen

Bleken

Waterstofperoxide wordt in de papierindustrie gebruikt bij het bleken van pulp en papier, dat het grootste deel van de jaarlijkse productie verbruikt.

Ontsmettingsmiddel

Waterstofperoxide is een mild antisepticum om infectie van kleine wonden, schaafwonden en brandwonden te voorkomen. Het wordt ook gebruikt als mondwater en om milde irritatie van de mond door de aanwezigheid van aften of gingivitis te verlichten.

Het wordt ook gebruikt om oppervlakken, de binnenkant van koelkasten en water te desinfecteren en om overmatige bacteriegroei in watersystemen en koeltorens tegen te gaan. Waterstofperoxide maakt vrije zuurstofradicalen vrij, die verontreinigende stoffen afbreken.

Wasmiddel

Waterstofperoxide wordt gebruikt bij de vervaardiging van wasmiddelen voor het bleken van wasgoed, waaronder natriumpercarbonaat. Deze verbinding is een complex van natriumcarbonaat en waterstofperoxide dat, wanneer het wordt opgelost in water, wordt gescheiden in zijn componenten.

Cosmetische toepassing

Verdund waterstofperoxide wordt gebruikt bij het bleken van het haar, voorafgaand aan het kleuren. Het wordt ook gebruikt om tanden witter te maken, evenals als onderdeel van een zelfgemaakte tandpasta.

Drijfgas

Waterstofperoxide wordt gebruikt als een monostuwstof of oxiderende component van een bipropolente raket. Het ontleedt waarbij zuurstof en water vrijkomen, een eigenschap waardoor het als drijfgas kon worden gebruikt.

Het wordt in een reactiecel gepompt met de aanwezigheid van een katalysator die genoemde ontleding versnelt. Hierbij wordt een hoge temperatuur waterdamp geproduceerd.

Wanneer de stoom door een opening wordt verdreven, produceert deze een impuls. De V-80 onderzeeër, gebouwd in 1940, gebruikte zuurstof gegenereerd uit waterstofperoxide in zijn turbines; noemde Walter's turbinesysteem.

Het verkrijgen van

Aanvankelijk werd waterstofperoxide industrieel verkregen door hydrolyse van ammoniumpersulfaat of elektrolyse van ammoniumbisulfaat, NH ₄ HSO ₄ .

Waterstofperoxide wordt momenteel industrieel verkregen door het gebruik van antrachinon. Het proces verloopt in vier fasen: hydrogenering, filtratie, oxidatie, extractie en zuivering.

Hydrogenering

Het alkylanthrochinon wordt gehydrogeneerd door het waterstofgas door een hydrogenator te leiden die is beladen met aluminiumoxide en een kleine hoeveelheid van de katalysator (palladium). De temperatuur wordt onder permanent roeren op 45ºC gehouden.

Alkyldrochinon wordt omgezet in alkylanthrahydrochinon en tetrahydroalkylanthrahydrochinon, waarbij de laatste gemakshalve wordt gekozen voor de volgende procedures.

Filtratie

De oplossing die het gehydrogeneerde antrachinon bevat, wordt gefiltreerd om sporen van de katalysator die deze kan bevatten te verwijderen.

Oxidatie

De gefilterde oplossing wordt geoxideerd door er lucht doorheen te leiden, waarbij waterstofperoxide met een lage zuiverheid wordt gevormd.

Extractie en zuivering

De waterstofperoxide-oplossing gaat door een vloeistof-vloeistof extractiekolom. Water stroomt door de kolom, terwijl de waterstofperoxide-oplossing erdoorheen wordt gepompt.

Het water bereikt de bodem van de extractor met een waterstofperoxideconcentratie tussen 25 en 35% w / w. Vervolgens wordt het gezuiverd door vacuümdestillatie tot een waterstofperoxideconcentratie van 30%. Ten slotte stabiliseert het en wordt het opgeslagen.

Risico's

Waterstofperoxide verbrandt. Bron: Bobjgalindo

Waterstofperoxide is een bijtend middel, dus bij contact met de huid veroorzaakt het zowel ernstige irritatie als tijdelijk bleken (bovenste afbeelding). Het kan ook oogletsel, jeuk, uitslag, roodheid en blaren veroorzaken.

Inademing veroorzaakt irritatie aan neus, keel en longen. Ondertussen kan herhaalde blootstelling bronchitis, hoesten, slijm en kortademigheid veroorzaken. En alsof het nog niet genoeg is, veroorzaakt het ook hoofdpijn, duizeligheid, misselijkheid en braken.

Ernstige blootstelling aan waterstofperoxide kan ervoor zorgen dat vloeistof zich ophoopt in de longen, ook wel bekend als longoedeem - een ernstige aandoening die onmiddellijke medische aandacht vereist.

De Occupational Safety and Health Administration (OSHA) heeft het maximaal toegestane waterstofperoxide vastgesteld van 1 ppm in een werkomgeving in een 8-uurploeg. Omdat het echter een mutagene stof is, moet de blootstelling tot een minimum worden beperkt.

Referenties

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische scheikunde . (Vierde druk). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Waterstof peroxide. Hersteld van: en.wikipedia.org
3. William R. Busing en Henri A. Levy. (2004). Kristal- en moleculaire structuur van waterstofperoxide: een neutron-diffractiestudie. doi.org/10.1063/1.1696379
4. Nationaal centrum voor informatie over biotechnologie. (2019). Waterstof peroxide. PubChem-database. CID = 784. Hersteld van: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. De redactie van Encyclopaedia Britannica. (27 november 2018). Waterstof peroxide. Encyclopædia Britannica. Hersteld van: britannica.com
6. Ministerie van Volksgezondheid van New Jersey. (2016). Waterstof peroxide. . Hersteld van: nj.gov
7. Mathews, CK, Van Holde, KE, Ahern, KG (2002). Biochemie. Derde editie. Uitgever Pearson Addison Wesley
8. Web MD. (2019). Waterstof peroxide. Hersteld van: webmd.com