Υπεροξείδιο του υδρογόνου

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
(Ανακατεύθυνση από Υπεροξείδιο υδρογόνου)
Μετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση
Υπεροξείδιο του υδρογόνου
Wasserstoffperoxid.svg
Hydrogen-peroxide-3D-balls.png
Γενικά
Όνομα IUPAC Διοξειδιο του διυδρογόνου
Άλλες ονομασίες Υπεροξείδιο του υδρογόνου
Διοξιδάνιο
Οξιδανύλιο
Οξιζενέ

Περιντρόλ

Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος H2O2
Μοριακή μάζα 34,0147 amu
Αριθμός CAS 7722-84-1
SMILES ΟΟ
Αριθμός EINECS 231-765-0
PubChem CID 784
ChemSpider ID 763
Δομή
Διπολική ροπή 2,26 D
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης -0,43 °C
Σημείο βρασμού 150,2 °C
Πυκνότητα 1,450 kg/m3 (20 °C, καθαρό)
Διαλυτότητα
στο νερό
Αναμείξιμο
Διαλυτότητα
σε άλλους διαλύτες
Διαλυτό σε Διαιθυλαιθέρα
Αιθανόλη
Αδιάλυτο στον πετρελαϊκό αιθέρα
Ιξώδες 1,245 cP (20 °C)
Δείκτης διάθλασης ,
nD
1,4061 (0 °C)
Τάση ατμών 1740 kPa (21 °C)
Χημικές ιδιότητες
pKa 11,75
Ελάχιστη θερμοκρασία
ανάφλεξης
Μη αναφλέξιμο
Επικινδυνότητα
Hazard O.svg Hazard C.svg Hazard X.svg
Φράσεις κινδύνου 5, 8, 20/22, 35
Φράσεις ασφαλείας (1/2), 17, 26, 28, 36/37/39, 45
LD50 1.518 mg/kg
Κίνδυνοι κατά
NFPA 704
NFPA 704.svg
0
3
2
OX
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες (25°C, 100 kPa).

Το υπεροξείδιο του υδρογόνου[1] (αγγλικά hydrogen peroxide), κοινά γνωστό σαν οξιζενέ, είναι ανόργανη χημική ένωση που περιέχει υδρογόνο και οξυγόνο, με χημικό τύπο Η2Ο2. Είναι το απλούστερο υπεροξείδιο, δηλαδή χημική ένωση που περιέχει δεσμό O-O, αποκαλούμενο και με τον όρο «υπεροξειδική γέφυρα». Είναι επίσης ισχυρό οξειδωτικό. Το χημικά καθαρό υπεροξείδιο του υδρογόνου, στις συνηθισμένες συνθήκες, δηλαδή σε θερμοκρασία 25°C και υπό πίεση 1 atm, είναι διαυγές υγρό, λίγο πιο πυκνόρευστο από το νερό. Σε αραιό διάλυμα, φαίνεται άχρωμο. Εξαιτίας των οξειδωτικών του ιδιοτήτων, το υπεροξείδιο του υδρογόνου χρησιμοποιείται συχνά ως ένα λευκαντικό ή απολυμαντικό μέσο. Η οξειδωτική του δυναμικότητα είναι τόσο ισχυρή ώστε θεωρείται πολύ δραστικό οξυγονωτικό χημικό είδος. Γι' αυτό το λόγο το «πυκνό υπεροξείδιο του υδρογόνου» (high-test peroxide) χρησιμοποιήθηκε ως ένα οξειδωτικό για πυραύλους[2]. Πολλοί ζωντανοί οργανισμοί παράγουν φυσιολογικά υπεροξείδιο του υδρογόνου, ως ένα παραπροϊόν του οξειδωτικού μεταβολισμού. Σχεδόν όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί (ειδικότερα, όλοι όσοι είναι προαιρετικά ή και υποχρεωτικά αερόβιοι), διαθέτουν το ένζυμο καταλάση (ή και άλλες υπεροξειδάσες), που ακίνδυνα και καταλυτικά αποσυνθέτουν χαμηλές συγκεντρώσεις υπεροξειδίου του υδρογόνου σε νερό και οξυγόνο:

\mathrm{2H_2O_2 \xrightarrow{\kappa \alpha \tau \alpha \lambda \acute{\alpha} \sigma \eta} 2H_2O + O_2}

Το υπεροξείδιο του υδρογόνου χρησιμοποιήθηκε, ακόμη, για την κατασκευή αυτοσχέδιων βομβών, και αναφέρθηκε ότι ήταν ένα κύριο συστατικό (των βομβών που χρησιμοποιήθηκαν) στις βομβιστικές επιθέσεις στο Λονδίνο στις 7 Ιουλίου του 2005[3].

Ιστορικά στοιχεία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το υπεροξείδιο του υδρογόνου περιγράφηκε για πρώτη φορά το 1818 από το Λουΐς Ζακ Θέναρντ (Louis Jacques Thénard), που το παρήγαγε με επίδραση υπεροξειδίου του βαρίου σε νιτρικό οξύ[4]. Μια βελτιωμένη έκδοση αυτής της διεργασίας χρησιμοποιούσε υδροχλωρικό οξύ, ακολουθούμενη με προσθήκη θειικού οξέος για την καθίζηση θειικού βαρίου, ως παραπροϊόν. Η διεργασία Θέναρντ χρησιμοποιήθηκε από το τέλος του 19ου αιώνα μέχρι τα μέσα του 20ού[5].

Το καθαρό υπεροξείδιο του υδρογόνου θεωρούνταν ασταθές επί μακρύ χρονικό διάστημα, γιατί είχαν αποτύχει όλες οι αρχικές απόπειρες διαχωρισμού του από το νερό, που ήταν παρόν κατά τη σύνθεση του υπεροξειδίου του υδρογόνου. Ωστόσο, αυτή η αστάθεια οφειλόταν σε ίχνη προσμείξεων αλάτων μεταβατικών μετάλλων, που καταλύουν την αποσύνθεση του υπεροξειδίου του υδρογόνου. Καθαρό υπεροξείδιο του υδρογόνου διαχωρίστηκε για πρώτη φορά το 1894, σχεδόν 80 χρόνια μετά την ανακάλυψη της ένωσης, από τον Ρίχαρντ Βόλφφενσταϊν (Richard Wolffenstein), που το παρήγαγε με απόσταξη σε κενό[6].

Ο καθορισμός της μοριακής δομής του υπεροξειδίου του υδρογόνου αποδείχθηκε ότι ήταν πολύ δύσκολη. Μόλις το 1892 ο Ιταλός φυσικοχημικός Τζιάκομο Καρράρα (Giacomo Carrara, 1864-1925) καθόρισε το μοριακό βάρος του, από την ταπείνωση της θερμοκρασίας πήξεως, το οποίο επιβεβαίωσε ότι ο χημικός τύπος του υπεροξειδίου του υδρογόνου είναι H2O2[7]. Τουλάχιστον μισή ντουζίνα υποθετικές μοριακές δομές φαινόταν να είναι συνεπείς με τις (τότε) διαθέσιμες ενδείξεις[8]. Το 1934, ο Άγγλος φυσικομαθηματικός Γουΐλλιαμ Πέννεϋ (William Penney) και ο Σκώτος φυσικός Γκόρντον Σάθερλαντ (Gordon Sutherland) πρότειναν μια μοριακή δομή για το υπεροξείδιο του υδροφόνου πολύ παρόμοια με αυτή που είναι αποδεκτή στις μέρες μας και που την οποία μεταγενέστερες ενδείξεις σωρευτικά απέδειξαν ότι είναι η σωστή[9].

Κάποτε, η πιο συνηθισμένη οικιακή χρήση υπεροξειδίου του υδρογόνου ήταν για απολύμανση τραυμάτων, αλλά πλεόν θεωρείται ότι επιβραδύνει την επούλωση, επιρρεάζοντας (αρνητικά) την ανάπτυξη του ιστού, μέσω αρκετών πιθανών παραγόντων. Μόνο μια πολύ μικρή συγκέντρωση υπεροξειδίου του υδρογόνου μπορεί να βοηθήσει την ίαση, και μόνο αν δεν χρησιμοποιηθεί επαναληπτικά[10]. Αν χρησιμοποιηθεί σε χειρουργική επέμβαση μπορεί να οδηγήσει στο σχηματισμό εμβολής αερίου[11].

Διάφοροι ισχυρισμοί ότι διαλύματα υπεροξειδίου του υδρογόνου μπορούν να ληφθούν ενδοφλεβίως ή και από το στόμα για θεραπεία διαφόρων ασθενειών, που περιλαμβάνουν τον καρκίνο, έχουν αποδειχθεί ότι είναι απατηλοί, επικίνδυνοι και παράνομοι, χρησιμοποιώντας παραπλανητική διαφήμιση και ρητορική που απαγορεύεται από τον Ομοσπονδιακό Κώδικα Κανονισμών (των ΗΠΑ), έχοντας προκαλέσει ακόμη και θάνατο σε αρκετές περιπτώσεις[12]. Μια σχετική οργάνωση γιατρών που υποστήριζαν τέτοιες πρακτικές έχει κλείσει από τη Διεύθυνση Τροφίμων και Φαρμάκων των ΗΠΑ[12].

Παραγωγή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η σύγχρονη μέθοδος παρασκευής του υπεροξειδίου του υδρογόνου βασίζεται σε συνεχείς κύκλους αναγωγής αλκυλιωμένου παραγώγου της ανθρακινόνης προς την αντίστοιχη ανθρακοϋδροκινόνη και οξείδωση της τελευταίας πάλι προς ανθρακινόνη με ταυτόχρονη παραγωγή υπεροξειδίου[13].

Παλαιότερα, το υπεροξείδιο του υδρογόνου παράγονταν βιομηχανικά με υδρόλυση υπεροξυδιθειικού αμμωνίου:

\mathrm{(NH_4)_2S_2O_8 + 2H_2O  \xrightarrow{} 2H_2O_2 + 2(NH_4)HSO_4}

Το υπεροξυδιθειικό αμμώνιο, με τη σειρά του, παράγονταν με ηλεκτρόλυση διαλύματος όξινου θειικού αμμωνίου [(NH4HSO4)] σε θειικό οξύ.

Από το 1939, όμως, πατενταρίστηκε η «διεργασία ανθρακοκινόνης», που τυποποιήθηκε το 1936. Η διεργασία αυτή αρχίζει με την αναγωγή μιας ανθρακονινόνης, όπως η 2-αιθυλανθρακοκινόνη ή η 2-αμυλανθρακοκινόνη, στην αντίστοιχη ανθραϋδροξυκινόνη, συνήθως με υδρογόνωση με τη χρήση παλλαδίου ως καταλύτη. Αυτό έχει την ακόλουθη συνέπεια: Η παραγώμενη ανθραϋδροξυκινόνη παθαίνει (έτσι κι αλλιώς) αυτοοξείδωση, παράγοντας ξανά ανθρακονινόνη και υπεροξείδιο του υδρογόνου, ως παραπροϊόν. Αλλά στις περισσότερες χρησιμοποιούμενες εμπορικά ανταγωνιστικές παραγωγικές διεργασίες επιταχύνεται οξείδωση με τη χρήση φυσαλίδων ατμοσφαιρικού αέρα που διαβιβάζονται διαμέσου του διαλύματος που περιέχει το παράγωγο του ανθρακένιου (δηλαδή το παράγωγο της ανθραϋδροξυκινόνης). Έτσι, το οξυγόνο του αέρα των φυσαλίδων αντιδρά με τα άτομα υδρογόνου των υδροξυλίων της ανθραϋδροξυκινόνης, παράγοντας υπεροξείδιο του υδρογόνου και ανθρακονινόνη. Έπειτα, το παραγώμενο υπεροξείδιο του υδρογόνου απομακρύνεται και ακολουθεί νέα οξείδωση της ανθρακονινόνης σε ανθραϋδροξυκινόνη. Ο κύκλος αυτός επαναλαμβάνεται για όσο απαιτείται η παραγωγή νέας ποσότητας υπεροξειδίου του υδρογόνου[14][15]:

Διεργασία Riedl-Pfleiderer

Η απλοποιημένη συνολική στοιχειομετρική εξίσωση της παραπάνω διεργασίας είαναι ιδιαίτερα απλή[14]:

\mathrm{H_2 + O_2 \xrightarrow{} H_2O_2}

Η οικονομία της διεργασίας εξαρτάται πολύ από την αποτελεσματικότητα της ανακύκλωσης της κινόνης (γιατί είναι σχετικά δαπανηρή), των διαλυτών εκχύλισης, αλλά και του καταλύτη της υδρογόνωσης (δηλαδή του παλλάδιου). Η απευθείας σύνθεση υπεροξειδίου του υδρογόνου από υδρογόνο και οξυγόνο παρουσιάζει μεγάλο ερευνητικό ενδιαφέρον για πολλά χρόνια. Αλλά μια τέτοια σύνθεση είναι δύσκολο να επιτευχθεί, γιατί θερμοδυναμικά η αντίδραση υδρογόνου και οξυγόνου ευνοεί την παραγωγή νερού και όχι υπεροξειδίου του υδρογόνου. Συστήματα απευθείας σύνθεσης υπεροξειδίου του υδρογόνου έχουν ήδη αναπτυχθεί, αλλά τα περισσότερα βασίζονται στη χρήση σπανίων μετάλλων ως καταλυτών[16][17]. Ωστόσο, προς το παρόν, καμμιά από τις μεθόδους αυτές δεν τελειοποιήθηκε αρκετά ώστε να χρησιμοποιείται στη βιομηχανικής κλίμακας παραγωγή υπεροξειδίου του υδρογόνου.

Χρήσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το υπεροξείδιο χρησιμοποιείται ως λευκαντικό για την λεύκανση του πολτού από τον οποίο παράγεται χαρτί. Σε αραιό υδατικό διάλυμα χρησιμοποιείται ως αντισηπτικό, γνωστό με την ονομασία οξυζενέ. Το Οξυζενέ είναι υδατικό διάλυμα του υπεροξειδίου του υδρογόνου 3% κατά βάρος. Το υπεροξείδιο χρησιμοποιείται επίσης στην πυραυλική τεχνολογία, στα υγρά καύσιμα των πυραύλων[18] αλλά και σε σύγχρονες μεθόδους λεύκανσης των δοντιών[19]

Εξωτερικοί σύνδεσμοι[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Παραπομπές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. Για εναλλακτικές ονομασίες δείτε τον πίνακα πληροφοριών.
  2. Hill, C. N. (2001). A Vertical Empire: The History of the UK Rocket and Space Programme, 1950–1971. Imperial College Press. ISBN 978-1-86094-268-6.
  3. Tiny cheap deadly hydrogen peroxide bombs, 2009 article about home made bombs and their use in terror attacks. (NBC News)
  4. L. J. Thénard (1818). "Observations sur des nouvelles combinaisons entre l’oxigène et divers acides". Annales de chimie et de physique, 2nd series 8: 306–312.
  5. C. W. Jones, J. H. Clark. Applications of Hydrogen Peroxide and Derivatives. Royal Society of Chemistry, 1999.
  6. Richard Wolffenstein
  7. G. Carrara (1892) "Sul peso molecolare e sul potere rifrangente dell' acqua ossigenata" (On the molecular weight and on the refractive power of oxygenated water [i.e., hydrogen peroxide]), Atti della Reale Accademia dei Lincei, series 5, 1 (2) : 19-24. Carrara's findings were confirmed by: W. R. Orndorff and John White (1893) "The molecular weight of hydrogen peroxide and of benzoyl peroxide," American Chemical Journal, 15 : 347-356.
  8. See, for example: 1. In 1882, Kingzett proposed as a structure H2O=O. See: Charles Thomas Kingzett (September 29, 1882) "On the activity of oxygen and the mode of formation of hydrogen dioxide," The Chemical News, 46 (1192) : 141-142. 2. In his 1922 textbook, Joseph Mellor considered three hypothetical molecular structures for hydrogen peroxide, admitting (p. 952): " … the constitution of this compound has not been yet established by unequivocal experiments." See: Joseph William Mellor, A Comprehensive Treatise on Inorganic and Theoretical Chemistry, vol. 1 (London, England: Longmans, Green and Co., 1922), pages 952-956. 3. W. C. Schumb, C.N. Satterfield, and R.L. Wentworth (December 1, 1953) "Report no. 43: Hydrogen peroxide, Part two," Office of Naval Research, Contract No. N5ori-07819 On p. 178, the authors present six hypothetical models for hydrogen peroxide's molecular structure. On p. 184, the present structure is considered almost certainly correct — although a small doubt remained. (Note: The report by Schumb et al. was reprinted as: W.C. Schumb, C.N. Satterfield, and R.L. Wentworth, Hydrogen Peroxide (New York, New York: Reinhold Publishing Corp. (American Chemical Society Monograph), 1955).)
  9. See: 1. W.G. Penney and G.B.B.M. Sutherland (1934) "The theory of the structure of hydrogen peroxide and hydrazine," Journal of Chemical Physics, 2 (8) : 492-498. 2. W.G. Penney and G.B.B.M. Sutherland (1934) "A note on the structure of H2O2 and H4N2 with particular reference to electric moments and free rotation," Transactions of the Faraday Society, 30 : 898-902.
  10. Effects of Hydrogen Peroxide on Wound Healing in Mice in Relation to Oxidative Damage - The research concluded: "In our study, we found... implies that H2O2 can cause poor healing by other mechanisms besides causing oxidation of these biological substrates."
  11. Shaw A, Cooperman A, Fusco J. Gas embolism produced by hydrogen peroxide. N Engl J Med 1967; 277: 238–41.
  12. 12,0 12,1 Pitfalls in Regulating Physicians (Science Based Medicine organization website)
  13. http://www.chem.uoa.gr/chemicals/chem_H2O2.htm Η χημική ένωση του μήνα, υπεροξείδιο του Υδρογόνου
  14. 14,0 14,1 Jose M. Campos-Martin, Gema Blanco-Brieva, Jose L. G. Fierro (2006). "Hydrogen Peroxide Synthesis: An Outlook beyond the Anthraquinone Process". Angewandte Chemie International Edition 45 (42): 6962–6984. doi:10.1002/anie.200503779. PMID 17039551.
  15. H. Riedl and G. Pfleiderer, U.S. Patent 2,158,525 (2 October 1936 in USA, and 10 October 1935 in Germany) to I. G. Farbenindustrie, Germany
  16. Noritaka Mizuno Gabriele Centi, Siglinda Perathoner, Salvatore Abate "Direct Synthesis of Hydrogen Peroxide: Recent Advances" in Modern Heterogeneous Oxidation Catalysis: Design, Reactions and Characterization" 2009, Wiley-VCH. doi:10.1002/9783527627547.ch8
  17. Edwards, J. K.; Solsona, B.; N, E. N.; Carley, A. F.; Herzing, A. A.; Kiely, C. J.; Hutchings, G. J. (20 February 2009). "Switching Off Hydrogen Peroxide Hydrogenation in the Direct Synthesis Process". Science 323 (5917): 1037–1041. doi:10.1126/science.1168980.
  18. Το υπεροξείδιο του υδρογόνου στην πυραυλική τεχνολογία
  19. Το υπεροξείδιο του υδρογόνου στην λεύκανση των δοντιών


Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Hydrogen peroxide της Αγγλικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).