Peroxid vodíka
μ-1κO, 2κO’-oxid uhličitý, perhydrol, peroxid vodíka (zastarané)
úplne miešateľný s vodou
0,5 ml m −3 alebo 0,71 mg m −3 [1]
Peroxid vodíka (H2O2) je bledomodrá v zriedenej forme bezfarebná, prevažne stabilná kvapalná zlúčenina vyrobená z vodíka a kyslíka. Je o niečo viskóznejší ako voda, slabá kyselina a v porovnaní s väčšinou látok veľmi silné oxidačné činidlo, ktoré ako také prudko reaguje s látkami, ako sú napr. B. meď, mosadz, jodid draselný reagujú a pôsobia ako silné bieliace a dezinfekčné prostriedky. Vo vysoko koncentrovanej forme sa dá použiť ako jednosmerný aj ako komponentný raketový pohon.
Ďalšie odporúčané odborné znalosti
Bezpečný rozsah váženia na zabezpečenie presných výsledkov
Denná vizuálna kontrola laboratórnych váh
Aká je citlivosť mojej stupnice?
Obsah
Fyzikálne vlastnosti
Molekula H2O2 je zahnutá (dihedrálny uhol = 111 °). Kvôli silnému zosieťovaniu vodíkovými mostíkmi je čistý peroxid vodíka veľmi viskózny. Pretože vysoko koncentrovaný (= takmer bezvodý) H2O2 je nestabilný a spontánne sa rozkladá pri výbuchu, najmä pri kontakte s kovmi, je bežne dostupný na predaj ako maximálne 35% roztok vo vode. Na priemyselné použitie však existujú aj koncentrácie 50% H2O2 vo vode.
Kontakt s roztokom peroxidu vodíka nad 20% môže spôsobiť popáleniny. Pri manipulácii s nimi je preto potrebné používať ochranné rukavice.
Výroba
V minulosti sa peroxid vodíka vyrábal hlavne elektrolýzou kyseliny sírovej. Vzniká kyselina peroxodisírová, ktorá sa potom opäť hydrolyzuje na kyselinu sírovú a peroxid vodíka.
Dnes sa peroxid vodíka technicky vyrába pomocou antrachinónového procesu. Za týmto účelom sa antrahydrochinón prevádza za tlaku atmosférického kyslíka na peroxid vodíka a antrachinón. V nasledujúcom kroku je možné antrachinón opäť redukovať na antrahydrochinón vodíkom atď. Hrubá rovnica je:
V laboratórnom meradle sa peroxid vodíka vyrába aj pôsobením kyselín na peroxidy. Historicky dôležitým reaktantom je peroxid bárnatý, ktorý reaguje v roztoku kyseliny sírovej za vzniku peroxidu vodíka a síranu bárnatého.
Molárne entalpie formácie sú:
- ΔfH 0 plyn: -136,11 kJ/mol
- ΔfH 0 liq: -188 kJ/mol
- ΔfH 0 sol: −200 kJ/mol
Chemické vlastnosti
Peroxid vodíka má tendenciu rozkladať sa na vodu a kyslík. Uvoľňuje sa energia 98,02 kJ/mol:
Neproporcionálne rozdelenie dvoch molekúl peroxidu vodíka na vodu a kyslík.
Táto rozkladná reakcia je katalyzovaná okrem iného Mn 2+ - (pozri dôkaz) alebo inými iónmi ťažkých kovov, I - a OH - iónmi. Z tohto dôvodu sa do roztokov H2O2 na trhu pridávajú stabilizátory (vrátane kyseliny fosforečnej). Je to silný oxidant. Keď sa oxidačný stav zníži z -I na -II, jedinými reakčnými produktmi sú voda a kyslík. Nevyrábajú sa ťažko oddeliteľné alebo rušivé vedľajšie produkty, čo zjednodušuje jeho použitie v laboratóriu.
V porovnaní so silnejšími oxidačnými činidlami (napr. Manganistan draselný) môže pôsobiť aj ako redukčné činidlo.
Peroxid vodíka je veľmi slabá kyselina; jeho anorganické soli a organické estery sú hydroperoxidy a peroxidy.
dôkaz
Na kvalitatívnu detekciu sa do roztoku neutrálnej vzorky pridajú ióny Mn 2+ (napríklad MnSO4). Ak dôjde k vývoju plynu, na testovanie kyslíka sa použije test žeravým čipom. Ak to dopadne pozitívne, pretože žiarovka svieti, bol prítomný H2O2.
Dôkaz ako peroxid chrómu (CrO (O2) 2)
Značka festivalovej skúšky. Oxid chromitý CrO3 vedie k peroxidu vodíka v silne kyslom rozmedzí (detekcia pH ako peroxotitanyl (IV) ión ([Ti (02) OH +])
Detekcia pomocou „titánovej žltej“ (nezamieňajte s farbivom s rovnakým názvom) je veľmi citlivá. (Bezfarebné) titánové ióny vytvárajú intenzívne oranžovožlté zafarbené peroxotitanylové ióny aj so stopami peroxidu vodíka. Naopak, látku je možné testovať aj na titán (IV) s peroxidom vodíka.
Detekcia manganistanom draselným
Na stanovenie koncentrácie vo vodných roztokoch, napr. B. bieliace kúpele. Stanovenie sa uskutočňuje oximetricky n/10 roztokom manganistanu draselného v roztoku kyseliny sírovej (zmena na trvalé svetloružové sfarbenie (približne 1 min. Perzistentné) podľa nasledujúcej rovnice:
fyziológia
Peroxid vodíka je veľmi korozívny, najmä ako para. Ak sa vám na pokožku dostane peroxid vodíka, mali by ste miesto dobre opláchnuť vodou (riedením) alebo ho aspoň ihneď odstrániť z pokožky. Rýchlo zabíja kožné bunky, ktoré potom zbelejú.
Peroxid vodíka má vo všeobecnosti cytotoxický účinok a vďaka svojej vysokej toxicite dezinfikuje mnoho prokaryotických mikroorganizmov.
Peroxid vodíka sa vyrába mnohými biochemickými procesmi. V biologickom cykle vzniká oxidačným metabolizmom cukru. Organizmus sa chráni pred toxickými účinkami pomocou enzýmov - katalázy, peroxidázy - ktoré ho opäť rozkladajú na netoxické O2 a H2O.
Po oplodnení spermiou ženské vajíčko krátko produkuje nízke koncentrácie peroxidu vodíka, aby zabilo ďalšie spermie.
Peroxid vodíka je navyše signálnou molekulou na indukciu obrany rastlín pred patogénmi (aspekt cytotoxicity).
použitie
Bielidlo
Peroxid vodíka je bieliace činidlo, preto sa používa v kozmetike na bielenie vlasov a bielenie zubov. Často sa používa ako peroxid viazaný na karbamid.
Platinová blond, maximálna eliminácia farby vlasov, ľudstvo vďačí za peroxid vodíka. Extrémne reaktívna kvapalina ničí farebné pigmenty vo vlasoch. [2]
Najväčšiu aplikáciu na svete môžeme vidieť v ekologickom bielení buničiny. Celulóza je vyrobená z dreva a lignín, ktorý obsahuje, je bielený H2O2. Hlavným využitím celulózy je výroba papiera, obrúskov, vreckoviek atď.
V obchode sa peroxid vodíka používa na bielenie - to znamená na zosvetlenie - dreva, napr. B. pri reštaurovaní alebo renovácii.
Peroxid vodíka alebo bieliace prostriedky obsahujúce peroxid vodíka, ako je napríklad zmes kyseliny peroxyoctovej a peroxidu vodíka, sa tiež používajú v reklamnom jazyku so zloženým slovom Aktívny kyslík určený.
Dezinfekcia a sterilizácia
Na dezinfekciu sa používa peroxid vodíka ako trojpercentný roztok v ústach a hrdle, napr. B. v zubnom lekárstve; Používa sa tiež na dezinfekciu kontaktných šošoviek v čističoch kontaktných šošoviek a na dezinfekciu obalových materiálov, ako aj na dezinfekciu rúk. Používa sa tiež v pleťových krémoch na tvár, na otvorenie pórov a tým na boj proti pupienkom a nečistotám pokožky. Často sa používa na čistenie priemyselných odpadových vôd a v technológii bazénov na dezinfekciu vody.
V potravinárskom priemysle sa 30% peroxid vodíka používa v aseptických plniacich systémoch na sterilizáciu PET fliaš. Početné potraviny (nápoje, mlieko, mliečne výrobky, omáčky, polievky atď.) Sú asepticky zabalené v kartónoch, pohároch, fľašiach a fóliach pre lepšiu trvanlivosť a kvalitu produktu. Najčastejšie sa používa sterilizácia koncentrovaným peroxidom vodíka (35%). Vysoký baktericídny účinok H2O2, kompatibilita so životným prostredím a dobrá technická uskutočniteľnosť sú dôvody pre široké použitie tohto procesu. V prevádzkovej praxi sa rozlišuje proces rozprašovania a ponorného kúpeľa.
Prívod kyslíka
Na dodávanie kyslíka do akvárií sa môže použiť peroxid vodíka. Kyslík sa vytvára v okysličovadle. Za týmto účelom sa peroxid vodíka štiepi v nádobe v akváriu na vodu a kyslíkové radikály pomocou katalyzátora.
Využitie viacerých efektov súčasne
Počas renovácie interiéru je možné na boj proti množeniu plesní použiť peroxid vodíka. Môže - ako dezinfekčný prostriedok - zabiť biologicky aktívne bunky (fungicíd) a zničiť spóry (sporicíd). Ako bielidlo tiež môže Nie Odstránené zvyšky krytiny - na bielom pórovitom podklade - urobte „opticky nezávadné“. Peroxid vodíka je výhodnejší ako alkohol alebo chlórnan sodný, pretože tieto látky sú vedľajšími produktmi, ako napr B. môže v podloží vytvárať soli. V porovnaní s peroxidom vodíka nie je alkohol ani sporocidný, ani bieliaci.
Peroxid vodíka sa tiež používa na bielenie a dezinfekciu pri príprave kostí. V zubnom lekárstve sa H2O2 používa na miestnu dezinfekciu zubného tkaniva a na hemostázu pri menších zákrokoch.
V poľnohospodárstve sa peroxid vodíka používa na dezinfekciu skleníkov a na okysličovanie výživných roztokov z hydroponie.
biológia
Na stanovenie bakteriálnych kultúr sa katalázový test uskutočňuje s 3% roztokom peroxidu vodíka. Väčšina aeróbnych a fakultatívne anaeróbnych baktérií, ako aj húb má enzým kataláza, ktorý je schopný štiepiť H2O2, ktorý je pre bunky toxický.
Peroxid vodíka sa môže v kriminalistike použiť na detekciu krvi. Louis Jacques Thenard v roku 1818 objavil, že peroxidáza v hemoglobíne rozkladá peroxid vodíka. Z toho roku 1863 vyvinul Christian Friedrich Schönbein test na krv. Dnes sa však na detekciu krvi používa citlivejší Kastle-Meyerov test.
Peroxid vodíka sa experimentálne používa v biológii na vyvolanie programovanej bunkovej smrti v izolovaných eukaryotických bunkách.
Žieravý
V mikroelektronike sa na čistenie povrchu doštičiek a na vytváranie tenkej vrstvy hydrofilných oxidov s hrúbkou 3–4 nm používa zmes kyseliny sírovej a peroxidu vodíka - „pirana“. V dnešnej dobe je názov „SPM“ (zmes sírneho peroxidu) bežnejší. Hlavnou aplikáciou je odstránenie fotorezistu.
Pri výrobe dosiek s plošnými spojmi (dosky s plošnými spojmi) sa na odstraňovanie medi používajú leptacie kúpele na báze chloridu meďnatého:
. Elementárna meď reaguje s chloridom meďnatým za vzniku chloridu meďného. Toto je neprimerané.
Peroxid vodíka sa používa spolu s kyselinou chlorovodíkovou na regeneráciu leptacích kúpeľov chloridu meďnatého:
. Chlorid meďnatý sa regeneruje reakciou chloridu meďného s peroxidom vodíka a kyselinou chlorovodíkovou. Atóm medi sa pri tom oxiduje.
Pridávanie peroxidu vodíka a kyseliny chlorovodíkovej sa riadi prostredníctvom redoxného potenciálu.
Raketové/torpédové motory
Používal sa v koncentrovanej forme ako zdroj energie alebo kyslíka (rozklad pomocou oxidu manganičitého) v raketových pohonných systémoch (napríklad Max Valier, Messerschmitt Me 163) a v podmorských pohonných systémoch (Walter U-Boot). Peroxid vodíka, ktorý sa rozložil pomocou manganistanu draselného, sa tiež použil ako pohonná látka pre palivové čerpadlá A4 (500 k). Nerozložený peroxid vodíka sa použil ako nosič kvapalného kyslíka pri normálnej teplote v britských raketách (napr. Čierna šípka) a spálil sa tam petrolejom.
Peroxid vodíka má tendenciu sa nekontrolovane rozkladať. 16. júla 1934 Dr. Kurt Wahmke a dvaja technici v Kummersdorfe počas výbuchu motora poháňaného peroxidom vodíka. Z dôvodu nebezpečnosti pri používaní a manipulácii (korozívne účinky, nekontrolovaný rozklad, výbuch v prípade kontaminácie v nádrži a potrubnom systéme) sa dnešné použitie obmedzuje na malé raketové motory (pokusy o rekord, riadiace motory).
Potopenie ruskej jadrovej ponorky Kursk v roku 2000 sa hovorilo, že to bolo spôsobené únikom peroxidu vodíka z nádrže v torpéde a následnou reakciou s medenými časťami, ktoré spôsobili prasknutie torpéda.
Výroba výbušnín
V prítomnosti vhodného katalyzátora reaguje peroxid vodíka s acetónom za vzniku acetónperoxidu. Acetónperoxid je výbušnina, ale kvôli jeho nebezpečnej manipulácii sa komerčne nepoužíva. Presnejšie povedané, acetónperoxid je tiež známy ako triacetón triperoxid alebo skrátene TATP. Medzi ďalšie výbušniny vyrobené z peroxidu vodíka patrí hexametyléntriperoxid diamín (HMTD).
Podľa odborníkov z Fraunhoferovho inštitútu pre chemické technológie sa TATP používa pri väčšine samovražedných bombových útokov v Izraeli. [3] Útoky 7. júla 2005 na londýnske metro (55 mŕtvych) sa údajne uskutočnili aj s TATP. Nakoniec boli 4. septembra 2007 v Oberschledorne v regióne Sauerland zatknutí traja islamisti trénovaní v Pakistane, ktorí chceli vyrobiť TATP zo 730 kilogramov 35% roztoku peroxidu vodíka s cieľom napadnúť americké zariadenia a reštaurácie v Nemecku, na ktoré chodili občania USA. [4] [5] [6]
Na druhej strane experti podrobne nevedia, ako by teroristi mohli kontrolovane odpáliť TATP produkovaný peroxidom vodíka. Pokus o pašovanie kvapalných výbušnín do lietadla, ktorý bol v Londýne neúspešný v roku 2007, predovšetkým vyvolal pochybnosti o tom, že na palube sa dá vyrobiť vhodný acetónperoxid pomocou pašovaných injekčných liekoviek s peroxidom vodíka a acetónom. [7]