Jaa:
Vetyperoksidin ominaisuudet, kaava, rakenne ja käyttö
vetyperoksidi tai hapetettu vesi, dioksogeeni tai dioksidano on kemiallinen yhdiste, jota edustaa kaava H2O2. Puhtaassa muodossaan se ei näy väriä, vaan se on nestemäisessä tilassa, mutta se on hieman viskoosempi kuin vesi, johtuen "vesisiltojen" määrästä, jotka voidaan muodostaa.
Tämä peroksidi tunnetaan myös yhtenä yksinkertaisimmista peroksideista, joita ymmärretään peroksidiyhdisteinä, joilla on yksinkertainen hapen ja hapen sidos.
Sen käyttötarkoitukset vaihtelevat, ja ne vaihtelevat sen tehosta hapettimena, valkaisuaineena ja desinfiointiaineena, ja jopa suurina pitoisuuksina sitä on käytetty polttoaineena avaruusaluksiin, joilla on erityinen kiinnostus ponneaineiden ja räjähteiden kemialle..
Vetyperoksidi on epästabiili ja hajoaa hitaasti emästen tai katalyyttien läsnä ollessa. Tämän epävakauden vuoksi peroksidia säilytetään yleensä jonkin tyyppisellä stabilointiaineella, joka on lievästi happamien liuosten läsnä ollessa.
Vetyperoksidia löytyy biologisista järjestelmistä, jotka ovat osa ihmiskehoa, ja entsyymit, jotka toimivat hajottamalla, tunnetaan "peroksidaaseina"..
löytö
Vetyperoksidin löytäminen annetaan ranskalaiselle tiedemiehelle Louis Jacques Thenardille, kun hän reagoi bariumperoksidin kanssa typpihapolla.
Tämän menetelmän parannettu versio käytti kloorivetyhappoa ja lisäämällä rikkihappoa siten, että baariumsulfaatti saostui. Tätä prosessia käytettiin yhdeksännentoista vuosisadan loppupuolelta vuosisadan puoliväliin saakka peroksidin tuottamiseksi.
Peroksidia pidettiin aina epästabiilina, koska kaikki epäonnistuneet yritykset eristää se vedestä. Epävakaus johtui pääasiassa siirtymämetallien suolojen epäpuhtauksien jälkeistä, mikä katalysoi niiden hajoamista.
Puhdasta vetyperoksidia syntetisoitiin ensimmäisen kerran vuonna 1894, lähes 80 vuotta sen löytämisen jälkeen, kiitos tutkija Richard Wolffensteinille, joka tuotti sen tyhjiötislauksen ansiosta..
Sen molekyylirakennetta oli vaikea määrittää, mutta italialainen kemiallinen fyysikko Giacomo Carrara oli se, joka määritteli molekyylimassansa kryoskooppisella laskulla, jonka ansiosta sen rakenne voidaan vahvistaa. Siihen asti ehdotettiin ainakin tusinaa hypoteettista rakennetta.
valmistus
Aikaisemmin vetyperoksidi valmistettiin teollisesti ammoniumperoksidisulfaatin hydrolyysillä, joka saatiin elektrolyysillä ammoniumbisulfaattiliuosta (NH4HSO4) rikkihapossa.
Nykyään vetyperoksidia valmistetaan lähes yksinomaan antrakinoniprosessilla, joka virallistettiin vuonna 1936 ja patentoitiin vuonna 1939. Se alkaa antrakinonin (kuten 2-etyylitokinonin tai 2-amyylijohdannaisen) pelkistyksellä. vastaava antrahydrokinoni, tyypillisesti hydraamalla palladiumkatalyytillä.
Anthrahydrokinonilla suoritetaan sitten autoksidoituminen, jotta regeneroidaan alku-antrakinoni, jonka sivutuotteena on vetyperoksidi. Useimmat kaupalliset prosessit saavat hapetuksen kuplien paineilmaa derivatisoidun antraseeniliuoksen läpi, niin että ilmaan läsnä oleva happi reagoi labiilien vetyatomien (hydroksiryhmien) kanssa, jolloin saadaan vetyperoksidi ja regeneroidaan antrakinoni.
Vetyperoksidi uutetaan sitten, ja antrakinonijohdannainen pelkistetään jälleen dihydroksiyhdisteeksi (antraseeniksi) käyttäen vetykaasua metallikatalyytin läsnä ollessa. Syklin toistamisen jälkeen.
Prosessin taloudellisuus riippuu suuressa määrin kinonin (joka on kallista), uuttoliuottimien ja hydrauskatalyytin tehokkaasta kierrätyksestä.
Vetyperoksidin ominaisuudet
Vetyperoksidia on esitetty vaaleansinisenä nesteenä laimennettuina liuoksina ja väritöntä huoneenlämpötilassa, jossa on hieman katkera maku. Se on hieman viskoosempi kuin vesi, koska ne voivat muodostaa vety-sidoksia.
Sitä pidetään heikkona happona (PubChem, 2013). Se on myös vahva hapetin, joka on vastuussa useimmista sen sovelluksista, jotka ovat todellisen hapettimen lisäksi paperinvalmistuksen valkaisuaine ja myös desinfiointiaine. Alhaisissa lämpötiloissa se toimii kuin kiteinen kiinteä aine.
Kun se muodostaa karbamidiperoksidin (CH6N203) (PubChem, 2011), sillä on melko tunnettu käyttö hampaiden valkaisuun, joko annettuna ammattimaisesti tai tietyllä tavalla.
Vetyperoksidin merkityksestä elävissä soluissa on paljon kirjallisuutta, koska sillä on tärkeä rooli organismin suojelussa haitallisilta isänniltä, hapettuvien biosynteettisten reaktioiden lisäksi..
Lisäksi on enemmän todisteita (PubChem, 2013), että jopa alhaisilla vetyperoksidipitoisuuksilla elimistössä sillä on keskeinen rooli erityisesti korkeammissa organismeissa. Tällä tavoin sitä pidetään tärkeänä solun signaloijana, joka kykenee moduloimaan sekä supistumisreittejä että kasvun edistäjiä.
Koska vetyperoksidi on kertymässä depigmentointihäiriöstä kärsivien potilaiden ihoon (López-Lázaro, 2007), ihmisen epidermillä ei ole normaalia kapasiteettia suorittaa tehtävänsä, joten ehdotetaan, että peroksidin kertymisellä voi olla tärkeä rooli syövän kehittymisessä.
Myös kokeelliset tiedot (López-Lázaro, 2007) osoittavat, että syöpäsolut tuottavat suuria määriä peroksidia, joka liittyy DNA-vaihteluihin, solujen lisääntymiseen jne..
Pieniä määriä vetyperoksidia voidaan tuottaa spontaanisti ilmassa. Vetyperoksidi on epävakaa ja hajoaa nopeasti hapeksi ja vedeksi ja vapauttaa lämpöä reaktiossa.
Vaikka se ei ole syttyvä, kuten jo mainittiin, se on tehokas hapetin (ATSDR, 2003), joka voi aiheuttaa itsestään palamista, kun se joutuu kosketuksiin orgaanisten aineiden kanssa..
Vetyperoksidissa hapella (Rayner-Canham, 2000) on "epänormaali" hapetustila, koska atomien parit, joilla on sama elektronegatiivisuus, on sidottu, joten oletetaan, että sidoselektronien pari jakautua keskenään. Tässä tapauksessa jokaisen happiatomin hapettumisnumero on 6 miinus 7, tai - l, kun taas vetyatomeilla on vielä + l.
Vetyperoksidin voimakas hapetusvoima suhteessa veteen selittyy sen hapetuspotentiaalilla (Rayner-Canham, 2000), niin että se voi hapettaa rauta (II) -ionin ferri (III) -ioniksi, kuten on esitetty seuraava reaktio:
Vetyperoksidilla on myös dismutarin omaisuutta, toisin sanoen sekä vähentää että hapettaa (Rayner-Canham, 2000), kuten seuraavista reaktioista ilmenee niiden potentiaalin kanssa:
Kun kaksi yhtälöä lisätään, saadaan seuraava globaali yhtälö:
Vaikka "dismutaatio" suosii termodynaamisesti, se ei ole kineettisesti edullinen. Mutta (Rayner-Canham, 2000) tämän reaktion kinetiikkaa voidaan suosia käyttämällä katalyyttejä, kuten jodidi-ionia tai muita siirtymämetalli-ioneja..
Esimerkiksi kehossamme oleva entsyymi "catalase" kykenee katalysoimaan tätä reaktiota niin, että se tuhoaa haitalliset peroksidit, joita voi esiintyä soluissamme.
Kaikki emäksisen ryhmän oksidit reagoivat voimakkaasti veden kanssa, jolloin saadaan vastaava metallihydroksidiliuos, mutta natriumdioksidi, tuottaa vetyperoksidia, ja dioksiinit tuottavat vetyperoksidia ja happea, kuten on esitetty seuraavat reaktiot (Rayner-Canham, 2000):
Muita vetyperoksidista kerättyjä kiinnostavia tietoja ovat:
- Molekyylipaino: 34,017 g / mol
- Tiheys: 1,11 g / cm3 20 ° C: ssa, liuoksissa, joissa on 30% (paino / paino), ja 1 450 g / cm3 20 ° C: ssa puhtaissa liuoksissa.
- Sulamis- ja kiehumispisteet ovat -0,43 ° C ja 150,2 ° C.
- Se sekoittuu veteen.
- Liukenee eettereihin, alkoholiin ja liukenematon orgaanisiin liuottimiin.
- Sen happamuuden arvo on pKa = 11,75.
rakenne
Vetyperoksidin molekyyli muodostaa ei-tasomaisen molekyylin. Vaikka hapen ja hapen sidos on yksinkertainen, molekyylillä on suhteellisen suuri kiertoesteenä (Wikipedia the Encyclopedia Libre, 2012), jos vertaamme sitä esimerkiksi etaanin kanssa, joka on myös muodostettu yksinkertaisen linkin avulla.
Tämä este johtuu vierekkäisten oksygeenien ioniparien välisestä repulsiosta ja käy ilmi, että peroksidi pystyy osoittamaan "atropisomeerejä", jotka ovat stereoisomeerejä, jotka johtuvat estyneestä pyörimisestä yhden sidoksen ympärillä, jolloin energian erot johtuvat steeriseen muodonmuutokseen tai muihin tekijöihin, ne luovat pyörimisesteen, joka on riittävän suuri yksittäisten konformerien eristämiseksi.
Vetyperoksidin kaasumaisten ja kiteisten muotojen rakenteet eroavat merkittävästi, ja nämä erot johtuvat vedyn sidoksesta, joka ei ole kaasumaisessa muodossa.
sovellukset
On yleistä, että vetyperoksidi on alhaisina pitoisuuksina (3–9%), monissa kodeissa lääketieteellisiin tarkoituksiin (vetyperoksidi) sekä vaatteiden tai hiusten valkaisuun..
Suurina pitoisuuksina sitä käytetään teollisesti, myös tekstiilien ja paperin valkaisuun sekä avaruusalusten polttoainetta, savukumin valmistusta ja orgaanisia yhdisteitä..
On suositeltavaa käsitellä vetyperoksidiliuoksia, jopa laimennettuja, käsineillä ja silmiensuojauksella, koska se hyökkää ihoon.
Vetyperoksidi on tärkeä teollinen kemiallinen yhdiste (Rayner-Canham, 2000); vuosittain noin 106 tonnin suuruinen koko maailmassa. Vetyperoksidia käytetään myös teollisena reagenssina, esimerkiksi natriumperoksoboraatin synteesissä.
Vetyperoksidilla on tärkeä sovellus vanhojen maalausten palauttamiseen (Rayner-Canham, 2000), koska yksi useimmiten eniten käytetyistä valkoisista pigmenteistä oli lyijyvalkoinen, joka vastaisi sekoitettua emäksistä karbonaattia, jonka kaava on Pb3 ( OH) 2 (C03) 2.
Vety- sulfidin jäljet aiheuttavat tämän valkoisen yhdisteen muuttuvan lyijysulfidiksi (Il), joka on musta, joka värjää maalin. Vetyperoksidin levittäminen hapettaa lyijysulfidin (Il) valkoiseksi lyijisulfaatiksi (Il), joka palauttaa maalin oikean värin seuraavan reaktion jälkeen:
Toinen utelias sovellus (Rayner-Canham, 2000) on sen soveltaminen muuttamaan hiusten muotoa, joka hyökkää pysyvästi disulfidisiltoja vastaan ja jonka tämä on luonnollisesti vetyperoksidin avulla hieman perusratkaisuissa, jonka Rockefeller löysi Instituutti vuonna 1930.
Potkurilla ja räjähteillä on monia yhteisiä ominaisuuksia (Rayner-Canham, 2000). Molemmat toimivat nopean eksotermisen reaktion avulla, joka tuottaa suuren määrän kaasua. Tämän kaasun karkottaminen johtaa siihen, että raketti ajaa eteenpäin, mutta räjähdystarvikkeen tapauksessa se on pääasiassa iskun aalto, joka syntyy vahingoittavan kaasun tuotannosta..
Ensimmäisessä rakettikäyttöisessä lentokoneessa käytettyä reaktiota käytettiin vetyperoksidin ja hydratsiinin seosta, jossa molemmat reagoivat antamaan molekyylin typpikaasua ja vettä, kuten seuraavassa reaktiossa on esitetty:
Kun summataan kummankin reagenssin ja tuotteen kapselit, tuloksena on, että vapautuu 707 Kj / moolinen lämpö jokaista kulutettua moolia kohti, mikä tarkoittaa hyvin eksotermistä reaktiota..
Tämä tarkoittaa sitä, että se täyttää odotukset, joita tarvitaan käytettäväksi polttoaineena polttoaineissa, koska tuotetaan hyvin suuria määriä kaasua hyvin pienillä määrillä kahta reaktiivista nestettä. Kun otetaan huomioon näiden kahden nesteen reaktiivisuus ja korroosio, ne on nyt korvattu turvallisemmilla seoksilla samoissa perusteissa, jotka valittiin käytettäviksi polttoaineina..
Lääketieteellisessä mielessä vetyperoksidia käytetään ajankohtaisena ratkaisuna haavojen puhdistamisessa, haavaumien ja paikallisten infektioiden puhdistamisessa. Sitä on käytetty usein tulehduksellisten prosessien hoidossa ulkoisessa kuulokanavassa tai myös nielemisen yhteydessä nielutulehdushoidoissa..
Sitä käytetään myös hammaslääketieteen alalla hampaiden juurikanavien tai muiden hampaiden massan onteloiden puhdistamiseen sellaisissa prosesseissa kuin endodontia, lopulta pieniin hammasprosessiin.
Sen käyttö haavojen tai haavaumien puhdistuksessa jne. on se, että se on aine, joka kykenee tuhoamaan mikro-organismeja, mutta ei bakteerien itiöitä, tämä ei tarkoita, että tappaisivat kaikki mikro-organismit, mutta se vähentää niiden tasoa, niin että infektiot eivät mene suuriin ongelmiin. Niinpä se kuuluisikin matalan tason desinfiointiaineiden ja antiseptisten aineiden tasoon.
Vetyperoksidi reagoi tiettyjen diestereiden, kuten fenyylioksalaattiesterin, kanssa ja tuottaa kemiluminesenssia, tämä on sekundäärityyppinen sovellus, joka löytyy kevyistä palkeista ja joka tunnetaan englanninkielisenä nimellä "hehku"..
Kaikkien käyttötapojensa lisäksi on olemassa historiallisia tapahtumia, joissa käytetään vetyperoksidia, koska se on edelleen kemiallinen yhdiste, joka suurilla pitoisuuksilla ja sen reaktiivisuuden vuoksi voi johtaa räjähdyksiin, mikä tarkoittaa, että suojavarusteita tarvitaan. käsittelyn aikana sekä ottaen huomioon riittävät säilytysolosuhteet.
viittaukset
- ATSDR. (2003). Myrkylliset aineet - vetyperoksidi. Haettu 17. tammikuuta 2017 osoitteesta atsdr.cdc.gov.
- Kuuluisat tutkijat - Louis Jacques Thenard löytää vetyperoksidin. (2015). Haettu 17. tammikuuta 2017, humantouchofchemistry.com.
- López-Lázaro, M. (2007). Vetyperoksidin kaksoisrooli syövässä: mahdollinen merkitys syövän kemopreventionille ja hoidolle. Cancer Letters, 252 (1), 1-8.
- Pubchem. (2011). Urea-vetyperoksidi.
- Pubchem. (2013). Vetyperoksidi. Haettu 15. tammikuuta 2017.
- Rayner-Canham, G. (2000). Kuvaileva epäorgaaninen kemia (2a). Pearson Education.
- Wikipedia Free Encyclopedia. (2012). Peroksidivety. Haettu osoitteesta wikipedia.org.