WASSERSTOFFPEROXID (H2O2): STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN, VERWENDUNGEN, GEWINNUNG - CHEMIE - 2025

Das Wasserstoffperoxid ist eine anorganische Verbindung mit der chemischen Formel H ₂ O ₂ . Von allen ist es das einfachste Peroxid dieser Familie chemischer Verbindungen. Seine Strukturformel lautet HOOH, wobei diese interne sauerstoffhaltige Brücke für alle Peroxide charakteristisch ist.

1818 wurde H ₂ O ₂ von Louies Jacques Thénard identifiziert, der eine chemische Verbindung herstellte, die er dann Wasserstoffperoxid nannte. Es ist eine instabile Verbindung, die sich bei Einwirkung von Licht, Hitze und einigen Metallen zersetzt.

Chemische Formel von Wasserstoffperoxid

Es ist eine sehr nützliche Verbindung, die zur Desinfektion kleinerer Wunden, zum Aufhellen von Haaren, zur Wasseraufbereitung usw. verwendet wird. Obwohl es schädliche Wirkungen für den Menschen haben kann, kommt es in allen eukaryotischen Zellen von Lebewesen vor, wo es mehrere nützliche Funktionen erfüllt.

Wasserstoffperoxid erzeugt die Oxidation toxischer Substanzen wie Phenole, Ethanol, Formaldehyd usw., Produkte, die von Leber und Nieren ausgeschieden werden. Darüber hinaus trägt es zur Zerstörung von Bakterien bei, die von neutrophilen Leukozyten und Makrophagen phagozytiert werden.

Struktur

Molekül

Wasserstoffperoxidmolekül, dargestellt durch ein Ball-and-Stick-Modell. Quelle: Benjah-bmm27 über Wikipedia.

Das obere Bild zeigt die Struktur des H ₂ O ₂ (HOOH) -Moleküls, wobei die roten Kugeln den Sauerstoffatomen und die weißen den Wasserstoffatomen entsprechen. Beachten Sie, dass das Molekül nicht flach ist und dass die H-Atome im Raum nicht (gegenüberliegend) verdeckt sind.

Interessanterweise fällt es H ₂ O ₂ schwer, seine zentrale einfache Bindung OO zu drehen, so dass die Positionen dieser Hs nicht vertauscht werden können; einer wird nicht runter gehen, während der andere rauf geht.

Warum? Denn in den beiden Sauerstoffatomen befinden sich zwei freie Elektronenpaare, die insgesamt acht sehr nahe Elektronen ergeben und sich aufgrund ihrer negativen Ladungen gegenseitig abstoßen.

Rotationen

Die OO-Verbindung kann jedoch aufgrund von Wechselwirkungen mit ihrer Umgebung leicht rotieren.

Wenn Sie beispielsweise die beiden Daumen mit ausgestreckten und geschlossenen Zeigefingern zusammenbringen, als ob Sie ein Feld zeichnen würden, und dann die Daumen so drehen, dass einer der Zeigefinger nach vorne und der andere nach hinten zeigt, erhalten Sie eine ungefähre Darstellung von H ₂ O ₂ .

Wenn ein Körper einen der Zeigefinger berührt, drehen sich die Daumen als Reaktion auf diese Interaktion. Aufgrund der oben genannten elektronischen Abstoßungen kehren sie jedoch sofort zu ihrer ursprünglichen Position zurück. Diese Rotationen rahmen somit die dynamischen Aspekte dieses Moleküls ein.

Intermolekulare Wechselwirkungen

Im flüssigen Zustand gelingt es H ₂ O ₂ , Wasserstoffbrücken (HOOH-O ₂ H ₂ ) herzustellen , da sonst sein im Vergleich zu Wasser hoher Siedepunkt (150 ºC) nicht erklärt werden würde.

Sobald es in die Gasphase übergeht, können die H ₂ O ₂ -Moleküle vermutlich nicht mehr solche Brücken bilden, nicht nur aufgrund des größeren intermolekularen Abstands, sondern auch der Wasserstoffatome, die sich bei Kollisionen als erste berühren würden (dies kann) erneut mit dem Fingermodell visualisiert).

In der festen Phase beträgt der Winkel der durch das H festgelegten Ebenen 90 ° (Zeigefinger senkrecht stellen). Jetzt werden die Wasserstoffbrückenbindungen noch wichtiger und die H ₂ O ₂ -Moleküle sind in einem Kristall mit tetragonaler Struktur angeordnet.

Eigenschaften

sFlasche mit Wasserstoffperoxid. In Apotheken wird es mit einer Konzentration von 3% m / v erreicht. Quelle: Pixnio.

Namen

-Wasserstoffperoxid

-Dioxidan

-Oxidanol

-Perhydroxinsäure

-O-Hydroxyol

-Peroxid

Molmasse

34,0147 g / mol

Aussehen

Hellblaue (konzentrierte) oder farblose Flüssigkeit. Es ist etwas viskoser und dichter als Wasser. Es wird aus Sicherheitsgründen bei niedrigen Temperaturen und unter vermindertem Druck destilliert, da es sich beim Erhitzen in explosiver Form zersetzt.

Geruch

Scharfer oder ozonartiger Geruch.

Geschmack

Bitter

Dichte

Feststoff 1,71 g / cm ³

Die Dichten seiner wässrigen Lösungen hängen von ihrer Konzentration ab; Beispielsweise hat es bei 27% eine Dichte von 1,10 g / cm ³ , während es bei 50% 1,13 g / cm ^{3 hat}

Schmelzpunkt

- 0,43 ºC

Siedepunkt

150,2 ° C. Dieser Wert wurde durch Extrapolation erhalten, da sich Wasserstoffperoxid bei hohen Temperaturen zersetzt.

Wasserlöslichkeit

Mischbar ≥ 100 mg / ml bei 25 ºC

Löslichkeit

Es ist in Ether und Alkoholen löslich, in Petrolether jedoch unlöslich. In vielen organischen Lösungsmitteln zersetzt es sich in Wasser und Sauerstoff.

Octanol / Wasser-Verteilungskoeffizient

Log P = - 0,43

Dampfdruck

5 mmHg bei 30 ° C.

Dissoziationskonstante

pKa = 11,72

pH

Wasserstoffperoxidlösungen sind leicht sauer. Zum Beispiel hat ein 35% einen pH von 4,6; Bei einer Konzentration von 90% wird der pH-Wert jedoch weniger sauer: 5,1.

Brechungsindex (n

1,4061

Viskosität

1.245 cPoise bei 20 ° C.

Wärmekapazität

1,267 J / gK (Gas)

2,619 J / gK (flüssig)

Verdampfungswärme

1,519 J / g K.

Stabilität

Stabil unter empfohlenen Bedingungen. Es wird durch Zugabe von Acetanilid und Zinnsalzen weiter stabilisiert.

Korrosion

Ätzend

Zersetzung

Es zersetzt sich bei Lichteinwirkung oder in Gegenwart von oxidierenden und reduzierenden Substanzen. Es zersetzt sich auch beim Erhitzen. Wenn es sich zersetzt, setzt es Wasser und Sauerstoff frei und wird durch einen Anstieg des pH-Werts und der Temperatur sowie durch das Vorhandensein des Enzyms Katalase begünstigt.

Oberflächenspannung

80,4 Dyn / cm bei 20 ° C.

Reaktivität

H ₂ O ₂ wirkt als Oxidationsmittel in sauren Lösungen von Eisen (Fe ²⁺ ) zu Eisen (F ³⁺ ); es oxidiert auch das Sulfition (SO ₃ ^2- ) zu Sulfation (SO ₄ ^2- ).

Es kann auch in Gegenwart basischer Lösungen als Reduktionsmittel wirken und Natriumhypochlorit (NaOCl) und Kaliumpermanganat (KMnO ₄ ) unter Freisetzung von Sauerstoff reduzieren .

Anwendungen

Bleaching

Wasserstoffperoxid wird in der Papierindustrie beim Bleichen von Zellstoff und Papier verwendet, das den größten Teil seiner jährlichen Produktion verbraucht.

Desinfektionsmittel

Wasserstoffperoxid ist ein mildes Antiseptikum, um die Infektion kleiner Wunden, Kratzer und Verbrennungen zu verhindern. Es wird auch als Mundwasser und zur Linderung von leichten Reizungen des Mundes aufgrund von Krebsgeschwüren oder Gingivitis verwendet.

Es wird auch verwendet, um Oberflächen, das Innere von Kühlschränken und Wasser zu desinfizieren und übermäßiges Bakterienwachstum in Wassersystemen und Kühltürmen zu bekämpfen. Wasserstoffperoxid setzt freie Sauerstoffradikale frei, die Schadstoffe abbauen.

Waschmittel

Wasserstoffperoxid wird bei der Herstellung von Waschbleichmitteln, einschließlich Natriumpercarbonat, verwendet. Diese Verbindung ist ein Komplex aus Natriumcarbonat und Wasserstoffperoxid, der sich, wenn er in Wasser gelöst wird, in seine Bestandteile trennt.

Kosmetische Anwendung

Verdünntes Wasserstoffperoxid wird beim Bleichen der Haare vor dem Färben verwendet. Es wird auch verwendet, um Zähne aufzuhellen, sowie als Teil einer hausgemachten Zahnpasta.

Treibmittel

Wasserstoffperoxid wird als Monotreibstoff oder oxidierende Komponente einer bipropolenten Rakete verwendet. Es zersetzt sich unter Freisetzung von Sauerstoff und Wasser, eine Eigenschaft, die seine Verwendung als Treibmittel ermöglichte.

Es wird in Gegenwart eines Katalysators, der die Zersetzung beschleunigt, in eine Reaktionszelle gepumpt. Dabei entsteht ein Hochtemperaturwasserdampf.

Wenn der Dampf durch einen Spalt ausgestoßen wird, erzeugt er einen Impuls. Das 1940 gebaute U-Boot V-80 verwendete in seinen Turbinen aus Wasserstoffperoxid erzeugten Sauerstoff. genannt Walters Turbinensystem.

Erhalten

Anfänglich wurde Wasserstoffperoxid industriell durch Hydrolyse von Ammoniumpersulfat oder Elektrolyse von Ammoniumbisulfat, NH ₄ HSO _{4 erhalten} .

Wasserstoffperoxid wird derzeit industriell durch Verwendung von Anthrachinon erhalten. Das Verfahren wird in vier Stufen durchgeführt: Hydrierung, Filtration, Oxidation, Extraktion und Reinigung.

Hydrierung

Das Alkylantrochinon wird hydriert, indem Wasserstoffgas durch einen mit Aluminiumoxid und einer kleinen Menge des Katalysators (Palladium) beladenen Hydrogenator geleitet wird. Die Temperatur wird unter ständigem Rühren bei 45ºC gehalten.

Das Alkyldrochinon wird in das Alkylanthrahydrochinon und das Tetrahydroalkylanthrahydrochinon umgewandelt, wobei das letztere aufgrund seiner Zweckmäßigkeit für die folgenden Verfahren ausgewählt wird.

Filtration

Die Lösung, die das hydrierte Anthrachinon enthält, wird filtriert, um Spuren des Katalysators zu entfernen, den es enthalten kann.

Oxidation

Die filtrierte Lösung wird oxidiert, indem Luft durch sie geleitet wird, wobei Wasserstoffperoxid niedriger Reinheit gebildet wird.

Extraktion und Reinigung

Die Wasserstoffperoxidlösung passiert eine Flüssig-Flüssig-Extraktionssäule. Wasser fließt durch die Säule, während die Wasserstoffperoxidlösung durch sie gepumpt wird.

Das Wasser erreicht den Boden des Extraktors mit einer Wasserstoffperoxidkonzentration zwischen 25 und 35 Gew .-%. Dann wird es durch Vakuumdestillation bis zu einer Wasserstoffperoxidkonzentration von 30% gereinigt. Schließlich stabilisiert es sich und wird gelagert.

Risiken

Wasserstoffperoxidverbrennung. Quelle: Bobjgalindo

Wasserstoffperoxid ist ein ätzendes Mittel und kann bei Kontakt mit der Haut zusätzlich zu einer vorübergehenden Aufhellung zu starken Reizungen führen (oberes Bild). Es kann auch Augenschäden, Juckreiz, Hautausschlag, Rötung und Blasenbildung verursachen.

Das Einatmen führt zu Reizungen der Nase, des Rachens und der Lunge. In der Zwischenzeit kann eine wiederholte Exposition zu Bronchitis, Husten, Schleim und Atemnot führen. Und als ob es nicht genug wäre, erzeugt es auch Kopfschmerzen, Schwindel, Übelkeit und Erbrechen.

Bei starker Einwirkung von Wasserstoffperoxid kann sich Flüssigkeit in der Lunge ansammeln, was als Lungenödem bezeichnet wird - eine schwerwiegende Erkrankung, die sofortige ärztliche Hilfe erfordert.

Die Arbeitsschutzbehörde (OSHA) hat den maximal zulässigen Wert für Wasserstoffperoxid von 1 ppm in einer Arbeitsumgebung in einer 8-Stunden-Schicht festgelegt. Da es sich jedoch um eine mutagene Verbindung handelt, sollte die Exposition auf ein Minimum beschränkt werden.

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