Τριοξιδάνιο

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Μετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση
Τριοξιδάνιο
Trioxidan.svg
HOOOH structure.png
Γενικά
Όνομα IUPAC Τριοξιδάνιο
Άλλες ονομασίες Τριοξείδιο του διυδρογόνου
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος H2O3
Μοριακή μάζα 50,01 amu
Αριθμός CAS 14699-99-1
SMILES ΟΟO
InChI 1S/H2O3/c1-3-2/h1-2H
PubChem CID 166717
ChemSpider ID 145859
Δομή
Φυσικές ιδιότητες
Χημικές ιδιότητες
pKa 9,5±0,5
Επικινδυνότητα
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες (25°C, 100 kPa).

Το τριοξιδάνιο[1] (αγγλικά: trioxidane) είναι η ανόργανη χημική ένωση υδρογόνου και οξυγόνου με μοριακό τύπο Η2Ο3. Αποτελεί το τρίτο κατά σειρά οξιδάνιο, μετά το νερό [H2O, (μον)οξιδάνιο] και το υπεροξείδιο του υδρογόνου (H2O2, διοξιδάνιο), καθώς και το πρώτο πολυοξιδάνιο, δηλαδή οξιδάνιο με πάνω από δύο (2) άτομα οξυγόνου στη σειρά.

Σε υδατικά διαλύματα, το τριοξιδάνιο διασπάται σχηματίζοντας νερό και διοξυγόνο μονής κατάστασης:

Trioxidane decomposition.png

Η αντίστροφη αντίδραση, δηλαδή η προσθήκη νερού σε διοξυγόνο μονής κατάστασης, τυπικά δεν συμβαίνει, εν μέρει εξαιτίας της σπανιότητας του διοξυγόνου μονής κατάστασης. Σε βιολογικά συστήματα, ωστόσο, το όζον είναι γνωστό ότι παράγει διοξυγόνο μονής κατάστασης, και υποθέτεται ότι υπάρχει μηχανισμός, που καταλύεται από ένα αντίσωμα, και παράγει τριοξιδάνιο από διοξυγόνο μονής κατάστασης[2].

Θυγατρικά τριοξιδάνια[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ο όρος τριοξιδάνιο επεκτείνεται πέρα από τη «μητρική» ένωση και σε σειρά από «θυγατρικές» ή παράγωγες ενώσεις, ανόργανες και οργανικές ενώσεις με γενικό τύπο RO3R, όπου τα όχι υποχρεωτικά ίδια R συμβολίζουν υδρογόνο, ανόργανες ή οργανικές μονοσθενείς ρίζες. Τέλος, μπορεί τα δυο (2) R μαζί να συμβολίζουν μια δισθενή ρίζα, οπότε στα τριοξιδάνια ανήκουν και ετεροκυκλικές ενώσεις, που περιέχουν τρία άτομα οξυγόνου στη σειρά, με απλούστερο εκπρόσωπο το 1,2,3-τριοξετάνιο. Είναι όλα τους ιδιαίτερα ασταθή και βραχύβια. Πολλά από τα μέλη τους υπάρχουνν, για την ώρα τουλάχιστον, μόνο σε υπολογιστικά μοντέλα.

Ιστορικό της ανακάλυψης[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Για πρώτη φορά, την ύπαρξη τριοξείδιου του υδρογόνου πρότεινε ο Μαρσελέν Μπερτελό (Pierre Eugène Marcellin Berthelot), που μιλώντας το 1880 στη Γαλλική Ακαδημία Επιστημών, δήλωσε σχετικά με το θέμα, πως το τριοξείδιο του υδρογόνου είναι το πιθανό ενδιάμεσο στην αντίδραση αποσύνθεσης του υπεροξειδίου του υδρογόνου. Το 1895, ο Ντμίτρι Μεντελέγιεφ (Дмитрий Иванович Менделеев) πρότεινε το τετραοξιδάνιο (H2O4), ως ένα άλλο ενδιάμεσο στην αντίδραση αυτή. Η αδυναμία απόδειξης των υποθέσεων αυτών κατά το χρόνο που έγιναν (δηλαδή το 19ο αιώνα) οφείλεται στην έλλειψη (τότε) κατάλληλων μεθόδων ανίχνευσης τόσο βραχύβιων χημικών ειδών[3].

Έμμεση απόδειξη για την ύπαρξη των πολυοξιδανίων έχουν ληφθεί μέσω πειραμάτων στα οποία γίνεται ηλεκτρική εκκένωση μέσα σε υδρατμούς, ατμούς υπεροξειδίου του υδρογόνου ή και απλά μέσα σε μίγμα υδρογόνου και οξυγόνου, και στη συνέχεια ακολουθεί ταχεία ψύξη στους -190 ° C. Μετά τη θέρμανση και τη κλασματική συμπύκνωση σε θερμοκρασία δωματίου (20 °C), λαμβάνεται μίγμα που περιέχει (σχετικά) μεγάλες ποσότητες οξυγόνου και υπεροξειδίου του υδρογόνου,γεγονός που υποδεικνύει την (προσωρινή τουλάχιστον) παρουσία συμπυκνωμάτων ενώσεων με υψηλότερη περιεκτικότητα σε οξυγόνο από το υπεροξείδιο του υδρογόνου (δηλαδή την ύπαρξη πολυοξιδανίων). Μετά τη διεξαγωγή τέτοιων πειραμάτων και προτάθηκε και πάλι η ύπαρξη τριοξιδανίου υπό τις παραπάνω αναφερόμενες συνθήκες[4].

Κατά τη δεκαετία 1960 - 1970 ο Ι. Νεκρασώφ (И. И. Некрасовым) μελέτησε τα πολυοξιδάνια με φασματοσκοπία υπερύθρου.Συγκεκριμένα, μελέτησε την αντίδραση όζοντος (O3) και ατομικού υδρογόνου (|H|) στους -198 ° C, διαχωρίζοντας μετά τους υδρατμούς και τους ατμούς υπεροξειδίου του υδρογόνου, που επίσης σχηματίζονται, από τα υπόλοιπα προϊόντα κατάψυξης. Στα προϊόντα αυτά εντόπησε τις νέες περιοχές στα φάσματα υπερύθρων, που αποδώθηκαν στις μεταβολές της ύπαρξης των μορίων τριοξιδανίου και τετραοξειδανίου. Ωστόσο, η πειστική επιχειρηματολογία του Νεκρασώφ δεν έπεισε, ακόμη, (πλήρως) την επιστημονική κοινότητα της εποχής[4].

Το 1963 οι Τσάψκυ (Чапски) και Βιέλσκυ (Бельски) βρήκαν ότι το τριοξιδάνιο βρίσκεται σε υδατικά διαλύματα που οξινίστηκαν με υδροχλωρικό οξύ (HCl) και ακτινοβολήθηκαν με δέσμη ηλεκτρονίων. Στη συνέχεια, με βάση τα κινητικά δεδομένα ώρισαν ότι η μέγιστη ημιζωή της ένωσης σε υδατικό διάλυμα ήταν 17 δευτερόλεπτα (σε συγκέντρωση υδροχλωρικού οξέος 0,027 Μ και σε θερμοκρασία 0°C)[4][5].

Παραγωγή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το τριοξιδάνιο μπορεί να ληφθεί σε μικρές, αλλά ανιχνεύσιμες, ποσότητες με χημική αντίδραση όζοντος και υπεροξείδιου του υδρογόνου, ή με ηλεκτρόλυση του νερού. Μεγαλύτερες ποσότητες τριοξιδάνιου έχουν παραχθεί με αντίδραση όζοντος με οργανικά αναγωγικά μέσα, σε χαμηλές θερμοκρασίες και σε μια ποικιλία οργανικών διαλυτών, σε αναλογία με τη διεργασία ανθρακινόνης. Τριοξιοδάνιο παράγεται επίσης με τη διάσπαση οργανικών υδροτριοξείδιων (ROOOH)[6].

Η αντίδραση όζοντος με υπεροξείδιο του υδρογόνου είναι γνωστή ως «διεργασία υπεροξώνιου» (peroxone process). Αυτό το μίγμα χρησιμοποιήθηκε για κάποιο χρονικό διάαστημα για το χειρισμό υπόγειου ύδατος μολυσμένου με οργανικές ενώσεις. Η αντίδραση αυτή παράγει τριοξιδάνιο, αλλά και πενταοξιδάνιο (Η2Ο5)[7].

Δομή και αντιδράσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Φασματοσκοπική ανάλυση έδειξε ότι το μόριο του τριοξιδάνιου έχει μια τεθλασμένη γραμμική δομή H-O-O-O-H, με τους δεσμούς O-O βραχύτερους από τον αντίστοιχο στο υπεροξείδιο του υδρογόνου. Διάφορες διμερείς και τριμερείς μορφές φαίνεται επίσης ότι υπάρχουν.

Είναι λίγο πιο όξινο από το υπεροξείδιο του υδρογόνου, διιστάμενο σε H+ και Ο3Η-[8].

Το τριοξιδάνιο γρήγορα διασπάται σε νερό και διοξυγόνο μονής κατάστασης, με ημιζωή περίπου ίση με 16 λεπτά, σε οργανικούς διαλύτες, στη θερμοκρασία δωματίου (20°C), αλλά μόνο μερικά μερικά χιλιοστοδευτερόλεπτα, αν διαλυθεί σε νερό. Αντιδρά με θειαιθέρες παράγοντας θειοξείδια, αλλά ελάχιστα άλλα είναι γνωστά για τη χημική δραστηριότητα του τριοξιδάνιου.

Πρόσφατη έρευνα έδειξε ότι το τριοξιδάνιο είναι ένα ενεργό συστατικό, υπεύθυνο για τις αντιμικροβιακές ιδιότητες του πολύ γνωστού μίγματος όζοντος - υπεροξείδιου του υδρογόνου. Επειδή και οι δυο χημικές ουσίες είναι παρούσες σε βιολογικά συστήματα, υπάρχει μια διαφωνία για το αν ένα αντίσωμα του ανθρώπινου σώματος μπορεί να παράξει τριοξιδάνιο, ως ένα ισχυρό οξειδωτικό ενάντια στα εισβάλλοντα βακτήρια[2][9]. Η πηγή της ένωσης σε βιολογικά συστήματα είναι η αντίδραση διοξυγόνου μονής κατάστασης και νερού, που προχωρά και προς τις δυο κατευθύνσεις, ανάλογα με το συσχετισμό των συγκεντρώσεων των εμπλεκόμενων χημικών ουσιών. Το διοξυγόνο μονής κατάστασης παράγεται από ανοσοκύτταρα[6][10].

Έρευνα για τριοξιδάνιο και άλλα πολυοξιδάνια στο διάστημα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το 2005 παρατηρήθηκε τριοξιδάνιο πειραματικά με φασματοσκοπία μικροκυμάτων στα καυσαέρια ενός υπερηχητικού αεριωθούμενου. Το μόριο υπάρχει σε μια trans- διαμόρφωση, με τους δεσμούς O-O να έχουν μήκος 142,8 pm, έναντι 146,4 pm, που έχει μήκος ο αντίστοιχος δεσμός στο υπεροξείδιο του υδρογόνου. Η υπολογιστική χημεία προβλέπει ότι μόρια με αλυσίδα περισσότερων ατόμων οξυγόνου, δηλαδή πολυοξείδια του υδρογόνου, υπάρχουν, ακόμη και με άπειρα άτομα οξυγόνου μπορούν να υπάρξουν, σε χαμηλές θερμοκρασίες. Με τις παραπάνω φασματοσκοπικές ενδείξεις έχει αρχίσει μια έρευνα για την εύρεση τέτοιων τύπων μορίων στο διαστρικό ενδιάμέσο[8].

Παραπομπές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. Για εναλλακτικές ονομασίες δείτε τον πίνακα πληροφοριών.
  2. 2,0 2,1 Paul T. Nyffeler, Nicholas A. Boyle, Laxman Eltepu, Chi-Huey Wong, Albert Eschenmoser, Richard A. Lerner, Paul Wentworth Jr. (2004). "Dihydrogen Trioxide (HOOOH) Is Generated during the Thermal Reaction between Hydrogen Peroxide and Ozone". Angewandte Chemie International Edition 43 (35): 4656–4659. doi:10.1002/anie.200460457. PMID 15317003.
  3. Cerkovnik, Plesničar, 2013, p. 7930
  4. 4,0 4,1 4,2 Cerkovnik, Plesničar, 2013, p. 7931
  5. Czapski, Bielski, 1963
  6. 6,0 6,1 Božo Plesničar (2005). "Progress in the Chemistry of Dihydrogen Trioxide (HOOOH)" (PDF). Acta Chim. Slov 52: 1–12. Retrieved 23 April 2012.
  7. Xin Xu and William A. Goddard III. Peroxonechemistry:Formation of H2O3 and ring-(HO2)(HO3) from O3/H2O2
  8. 8,0 8,1 Kohsuke Suma, Yoshihiro Sumiyoshi, and Yasuki Endo (2005). "The Rotational Spectrum and Structure of HOOOH". J. Am. Chem. Soc. 127 (43): 14998–14999. doi:10.1021/ja0556530. PMID 16248618.
  9. A Time-Honored Chemical Reaction Generates an Unexpected Product, News & Views, September 13, 2004
  10. Roald Hoffmann (2004). "The Story of O". American Scientist. doi:10.1511/2004.1.23.
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Триоксид диводорода της Ρωσικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Триоксид диводорода της Ρωσικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).