ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์: คุณสมบัติสูตรโครงสร้างและการใช้งาน

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ หรือ ไฮโดรเจน เปอร์ออกไซด์, ไดออกซินหรือไดออกซินเป็นสารประกอบทางเคมีที่แสดงโดยสูตร H2O2 ในรูปแบบที่บริสุทธิ์ไม่แสดงสีนอกจากอยู่ในสถานะของเหลว แต่มีความหนืดมากกว่าน้ำเล็กน้อยเนื่องจากปริมาณของ "สะพานไฮโดรเจน" ที่สามารถก่อตัวได้

เปอร์ออกไซด์นี้ยังได้รับการยอมรับว่าเป็นหนึ่งในเปอร์ออกไซด์ที่ง่ายที่สุดซึ่งหมายถึงสารประกอบเปอร์ออกไซด์ที่มีพันธะออกซิเจนและออกซิเจนอย่างง่าย

การใช้งานมีหลากหลายตั้งแต่พลังในฐานะตัวออกซิไดเซอร์สารฟอกสีและยาฆ่าเชื้อและแม้ที่ความเข้มข้นสูงมันถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับยานอวกาศโดยมีความสนใจเป็นพิเศษในทางเคมีของตัวขับเคลื่อนและวัตถุระเบิด

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เป็นก๊าซที่ไม่คงที่และสลายตัวช้าเมื่อมีฐานหรือตัวเร่งปฏิกิริยา เนื่องจากความไม่แน่นอนนี้เปอร์ออกไซด์จึงมักจะถูกจัดเก็บไว้ด้วยตัวทำให้เสถียรบางประเภทซึ่งอยู่ในที่ที่มีสารละลายกรดเล็กน้อย

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์สามารถพบได้ในระบบชีวภาพที่เป็นส่วนหนึ่งของร่างกายมนุษย์และเอนไซม์ที่ทำหน้าที่ย่อยสลายมันเป็นที่รู้จักกันในชื่อ "peroxidases"

การค้นพบ

การค้นพบไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ได้รับมอบหมายให้นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสหลุยส์ฌาคส์ธาร์นาร์ดเมื่อเขาทำปฏิกิริยาแบเรียมเปอร์ออกไซด์ด้วยกรดไนตริก

รุ่นที่ปรับปรุงแล้วของกระบวนการนี้ใช้กรดไฮโดรคลอริกและโดยการเติมกรดซัลฟูริกเพื่อให้ตกตะกอนแบเรียมซัลเฟต กระบวนการนี้ใช้ตั้งแต่ปลายศตวรรษที่สิบเก้าจนถึงกลางศตวรรษที่ยี่สิบเพื่อผลิตเปอร์ออกไซด์

มันคิดเสมอว่าเปอร์ออกไซด์นั้นไม่เสถียรเนื่องจากความพยายามทั้งหมดที่ล้มเหลวในการแยกมันออกจากน้ำ แต่ความไม่แน่นอนนั้นส่วนใหญ่เกิดจากความสกปรกของเกลือของโลหะทรานซิชันซึ่งเป็นตัวเร่งให้เกิดการสลายตัว

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์บริสุทธิ์นั้นถูกสังเคราะห์ขึ้นเป็นครั้งแรกในปี 1894 เกือบ 80 ปีหลังจากการค้นพบต้องขอบคุณ Richard Wolffenstein นักวิทยาศาสตร์ผู้ผลิตมันขึ้นมาจากการกลั่นสูญญากาศ

โครงสร้างโมเลกุลของมันยากที่จะตรวจสอบ แต่ Giacomo Carrara นักฟิสิกส์เคมีชาวอิตาลีเป็นผู้กำหนดมวลโมเลกุลของมันโดยการลดลงของ cryoscopic ขอบคุณที่โครงสร้างของมันสามารถยืนยันได้ อย่างน้อยก็ในช่วงเวลาดังกล่าวมีการเสนอโครงสร้างสมมุติจำนวนโหล

การผลิต

ก่อนหน้านี้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ได้เตรียมทางอุตสาหกรรมโดยการไฮโดรไลซิสของแอมโมเนียมเปอร์รอกไซด์ซัลเฟตซึ่งได้จากอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายของแอมโมเนียมไบซัลเฟต (NH4HSO4) ในกรดซัลฟูริก

วันนี้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ผลิตได้เกือบโดยกระบวนการแอนทราควิโนนซึ่งเป็นทางการในปี 2479 และได้รับการจดสิทธิบัตรในปี 2482 มันเริ่มต้นด้วยการลดลงของแอนทราควิโนน (เช่น 2-ethylanthraquinone หรืออนุพันธ์ 2-amyl) anthrahydroquinone ที่เหมือนกันซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเกิดปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันมากกว่าการเร่งปฏิกิริยาแพลเลเดียม

จากนั้นแอนโธไฮโดรควิโนนจะได้รับออโตออกซิเดชั่นเพื่อสร้างแอนทราควิโนนเริ่มต้นใหม่โดยมีไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เป็นผลพลอยได้ กระบวนการเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ได้รับการออกซิเดชั่นโดยการบีบอัดอากาศผ่านสารละลายแอนทราไซด์แบบทั่วไปเพื่อให้ออกซิเจนที่มีอยู่ในอากาศทำปฏิกิริยากับอะตอมไฮโดรเจนในห้องปฏิบัติการ (ของกลุ่มไฮดรอกซี) ทำให้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และสร้างใหม่ แอนทราควิโนน

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์จะถูกสกัดออกมาและอนุพันธ์ของแอนทราควิโนนจะลดลงอีกครั้งกับสารประกอบ dihydroxy (anthracene) โดยใช้ก๊าซไฮโดรเจนเมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะ หลังจากรอบซ้ำ

เศรษฐศาสตร์ของกระบวนการขึ้นอยู่กับขอบเขตขนาดใหญ่ในการรีไซเคิลควินินอย่างมีประสิทธิภาพ (ซึ่งมีราคาแพง) ตัวทำละลายสกัดและตัวเร่งปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชัน

คุณสมบัติของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์แสดงเป็นของเหลวสีน้ำเงินอ่อนในสารละลายเจือจางและไม่มีสีที่อุณหภูมิห้องมีรสขมเล็กน้อย มันมีความหนืดมากกว่าน้ำเล็กน้อยเนื่องจากพันธะไฮโดรเจนสามารถก่อตัวได้

ถือว่าเป็นกรดอ่อน (PubChem, 2013) นอกจากนี้ยังเป็นสารออกซิไดซ์ที่แรงซึ่งรับผิดชอบการใช้งานส่วนใหญ่ของมันซึ่งนอกเหนือจากที่เกิดขึ้นจริงในฐานะที่เป็นสารออกซิแดนท์คือสารฟอกขาว - สำหรับอุตสาหกรรมกระดาษ - และในฐานะที่เป็นยาฆ่าเชื้อ ที่อุณหภูมิต่ำมันทำตัวเหมือนผลึกแข็ง

เมื่อมันก่อตัวเป็น carbamide peroxide (CH6N2O3) (PubChem, 2011) มันมีการใช้งานที่ได้รับการยอมรับอย่างมากในฐานะไวท์เทนนิ่งฟันทั้งในระดับมืออาชีพหรือในลักษณะเฉพาะ

มีวรรณคดีมากมายเกี่ยวกับความสำคัญของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ในเซลล์ที่มีชีวิตเนื่องจากมันมีบทบาทสำคัญในการป้องกันสิ่งมีชีวิตจากโฮสต์ที่เป็นอันตรายนอกเหนือไปจากปฏิกิริยาออกซิเดชันทางชีววิทยาสังเคราะห์

นอกจากนี้ยังมีหลักฐานเพิ่มเติม (PubChem, 2013) ว่าแม้ในระดับต่ำของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ในร่างกายนี้มีบทบาทพื้นฐานโดยเฉพาะอย่างยิ่งในสิ่งมีชีวิตที่สูงขึ้น ดังนั้นจึงถือเป็นตัวแทนการส่งสัญญาณโทรศัพท์มือถือที่สำคัญสามารถปรับเปลี่ยนทั้งการหดตัวและการส่งเสริมการเจริญเติบโต

เนื่องจากการสะสมของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ในผิวหนังของผู้ป่วยที่ทุกข์ทรมานจากโรค depigmenting "vitiligo" (López-Lázaro, 2007) หนังกำพร้าของมนุษย์ไม่ได้มีความสามารถปกติในการทำหน้าที่ของมันด้วยวิธีนี้มันแนะนำว่า การสะสมของเปอร์ออกไซด์สามารถมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาของมะเร็ง

ถึงกระนั้นข้อมูลการทดลอง (López-Lázaro, 2007) ก็แสดงให้เห็นว่าเซลล์มะเร็งผลิตเปอร์ออกไซด์จำนวนมากซึ่งเกี่ยวข้องกับการสับเปลี่ยน DNA การเพิ่มจำนวนเซลล์ ฯลฯ

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์จำนวนเล็กน้อยสามารถผลิตได้เองในอากาศ ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ไม่เสถียรและสลายตัวอย่างรวดเร็วไปสู่ออกซิเจนและน้ำปล่อยความร้อนในปฏิกิริยา

แม้จะไม่ติดไฟดังกล่าวแล้วเป็นสารออกซิไดซ์ที่มีประสิทธิภาพ (ATSDR, 2003) ซึ่งสามารถทำให้เกิดการเผาไหม้เองเมื่อสัมผัสกับสารอินทรีย์

ในไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ออกซิเจน (Rayner-Canham, 2000) มีสถานะออกซิเดชันที่“ ผิดปกติ” เนื่องจากอะตอมของคู่ที่มีอิเลคโตรเนกาติวีแบบเดียวกันเชื่อมโยงกันดังนั้นจึงต้องสันนิษฐานว่าคู่ของอิเล็กตรอนที่จับกันนั้น แบ่งระหว่างพวกเขา ในกรณีนี้แต่ละอะตอมของออกซิเจนมีเลขออกซิเดชัน 6 ลบ 7 หรือ - l ในขณะที่อะตอมไฮโดรเจนยังคงมี + l

พลังการออกซิเดชั่นอันทรงพลังของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่เกี่ยวกับน้ำอธิบายโดยศักยภาพการออกซิเดชั่น (Rayner-Canham, 2000) เพื่อให้สามารถออกซิไดซ์ไอออนเฟอร์รัส (II) ต่อไอออนเฟอร์ริก (III) ดังที่แสดงใน ปฏิกิริยาต่อไปนี้:

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ยังมีคุณสมบัติของ dismutar นั่นคือทั้งลดและออกซิไดซ์ (Rayner-Canham, 2000) ดังที่แสดงโดยปฏิกิริยาต่อไปนี้พร้อมกับศักยภาพของพวกเขา:

เมื่อเพิ่มสมการทั้งสองสมการโกลบอลต่อไปนี้จะได้รับ:

แม้ว่า "dismutation" นั้นเป็นที่โปรดปรานทางเทอร์โมไดนามิกส์ แต่ก็ไม่ได้รับความนิยม แต่ (Rayner-Canham, 2000) จลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยานี้สามารถได้รับการสนับสนุนด้วยการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเช่นไอออนไอโอไดด์หรือไอออนโลหะทรานซิชันอื่น ๆ

ตัวอย่างเช่นเอนไซม์ "catalase" ที่มีอยู่ในร่างกายของเราสามารถกระตุ้นปฏิกิริยานี้เพื่อที่จะทำลายเปอร์ออกไซด์ที่เป็นอันตรายที่อาจมีอยู่ในเซลล์ของเรา

ออกไซด์ทั้งหมดของกลุ่มอัลคาไลน์ทำปฏิกิริยาอย่างแรงกับน้ำเพื่อให้สารละลายที่สอดคล้องกันของไฮดรอกไซด์โลหะ แต่โซเดียมไดออกไซด์สร้างไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และไดออกไซด์จะผลิตไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และออกซิเจนดังที่แสดงใน ปฏิกิริยาต่อไปนี้ (Rayner-Canham, 2000):

ข้อมูลที่น่าสนใจอื่น ๆ ที่เก็บรวบรวมจากไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์คือ:

• มวลโมเลกุล: 34, 017 กรัม / โมล
• ความหนาแน่น: 1.11 g / cm3 ที่ 20 ºC, ในการแก้ปัญหาที่ 30% (w / w) และ 1, 450 g / cm3 ที่ 20 ºCในสารละลายบริสุทธิ์
• จุดหลอมเหลวและจุดเดือดคือ -0.43 ° C และ 150.2 ° C ตามลำดับ
• มันผสมกับน้ำได้
• ละลายได้ในอีเทอร์แอลกอฮอล์และไม่ละลายในตัวทำละลายอินทรีย์
• ค่าของความเป็นกรดของมันคือ pKa = 11.75

โครงสร้าง

โมเลกุลของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ประกอบด้วยโมเลกุลที่ไม่ได้ระนาบ แม้ว่าพันธะออกซิเจนกับออกซิเจนนั้นง่าย แต่โมเลกุลก็มีสิ่งกีดขวางการหมุนค่อนข้างสูง (Wikipedia the Encyclopedia Libre, 2012) ถ้าเราเปรียบเทียบตัวอย่างกับอีเทนซึ่งเกิดจากพันธะเดี่ยว

สิ่งกีดขวางนี้เกิดจากแรงผลักระหว่างไอออนคู่ของ oxygens ที่อยู่ติดกันและปรากฎว่าเปอร์ออกไซด์สามารถแสดง "atropisomers" ซึ่งเป็นสเตอริโอไอโซเมอร์ที่เกิดขึ้นเนื่องจากการหมุนรอบของพันธะเดี่ยวที่ความแตกต่างของพลังงานเกิดขึ้น เพื่อความผิดปกติของ steric หรือผู้มีส่วนร่วมคนอื่นพวกเขาสร้างกำแพงกั้นการหมุนที่สูงพอที่จะอนุญาตให้แยกผู้ตรวจสอบแต่ละคน

โครงสร้างของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ในรูปแบบของก๊าซและผลึกนั้นมีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญและความแตกต่างเหล่านี้เกิดจากพันธะไฮโดรเจนที่ไม่มีอยู่ในรูปของก๊าซ

การใช้งาน

เป็นเรื่องปกติที่จะพบไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ในความเข้มข้นต่ำ (จาก 3 ถึง 9%) ในบ้านหลายแห่งสำหรับการใช้งานทางการแพทย์ (ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์) เช่นเดียวกับเสื้อผ้าฟอกสีผมหรือผม

ในระดับความเข้มข้นสูงจะใช้ในอุตสาหกรรมเช่นสำหรับการฟอกสีสิ่งทอและกระดาษรวมทั้งเชื้อเพลิงสำหรับยานอวกาศการผลิตยางฟูและสารประกอบอินทรีย์

แนะนำให้จัดการกับสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์แม้จะเจือจางด้วยถุงมือและอุปกรณ์ป้องกันดวงตาเพราะมันจะทำร้ายผิวหนัง

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เป็นสารประกอบทางเคมีอุตสาหกรรมที่สำคัญ (Rayner-Canham, 2000); เกิดขึ้นประมาณ 106 ตันทั่วโลกในแต่ละปี ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ยังใช้เป็นสารเคมีอุตสาหกรรมเช่นในการสังเคราะห์โซเดียมเปอร์ออกไซด์

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์มีการประยุกต์ที่สำคัญในการคืนค่าภาพวาดเก่า (Rayner-Canham, 2000) เนื่องจากหนึ่งในเม็ดสีขาวที่ใช้กันมากที่สุดคือตะกั่วขาวซึ่งจะสอดคล้องกับคาร์บอเนตพื้นฐานแบบผสมซึ่งมีสูตรเป็น Pb3 ( OH) 2 (C03) 2

ร่องรอยของไฮโดรเจนซัลไฟด์ทำให้สารประกอบสีขาวนี้เปลี่ยนเป็นตะกั่วซัลไฟด์ (Il) ซึ่งเป็นสีดำซึ่งเป็นคราบสี การประยุกต์ใช้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ออกซิไดซ์ตะกั่วซัลไฟด์ (Il) เป็นตะกั่วขาวซัลเฟต (Il) ซึ่งคืนค่าสีที่ถูกต้องของสีตามปฏิกิริยาต่อไปนี้:

แอปพลิเคชั่นที่อยากรู้อยากเห็นอีกตัวเพื่อเน้น (Rayner-Canham, 2000) เป็นแอปพลิเคชั่นที่จะเปลี่ยนรูปร่างของเส้นผมที่โจมตีสะพานไดซัลไฟด์อย่างถาวรว่าสิ่งนี้มีธรรมชาติโดยไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ในโซลูชั่นพื้นฐานเล็กน้อย สถาบันในปี 2473

จรวดและวัตถุระเบิดมีคุณสมบัติหลายอย่างเหมือนกัน (Rayner-Canham, 2000) ทั้งสองทำงานโดยปฏิกิริยาคายความร้อนอย่างรวดเร็วที่ผลิตก๊าซจำนวนมาก การขับออกของก๊าซนี้เป็นสิ่งที่ขับเคลื่อนจรวดไปข้างหน้า แต่ในกรณีของการระเบิดนั้นส่วนใหญ่เป็นคลื่นกระแทกที่เกิดจากการผลิตก๊าซที่ทำให้เกิดความเสียหาย

ปฏิกิริยาที่ใช้ในเครื่องบินขับเคลื่อนด้วยจรวดครั้งแรกใช้ส่วนผสมของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์กับไฮดราซีนซึ่งทั้งสองตอบสนองให้ก๊าซไนโตรเจนโมเลกุลและน้ำดังแสดงในปฏิกิริยาต่อไปนี้:

เมื่อสรุปการรวมพลังของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์แต่ละชนิดผลลัพธ์ของพลังงานความร้อน 707 Kj / mol จะถูกปล่อยออกมาสำหรับแต่ละโมลของไฮดราซีนที่บริโภคซึ่งหมายถึงปฏิกิริยาคายความร้อนมาก

ซึ่งหมายความว่าเป็นไปตามความคาดหวังที่จำเป็นสำหรับการใช้เป็นเชื้อเพลิงในการขับเคลื่อนเนื่องจากมีการผลิตก๊าซปริมาณมากผ่านปริมาตรปฏิกิริยาที่น้อยมาก เมื่อพิจารณาถึงปฏิกิริยาและการกัดกร่อนของของเหลวทั้งสองนี้ตอนนี้ได้ถูกแทนที่ด้วยส่วนผสมที่ปลอดภัยกว่าในฐานเดียวกันกับเกณฑ์เดียวกับที่เลือกใช้เป็นเชื้อเพลิง

ในด้านการแพทย์ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ใช้เป็นวิธีแก้ปัญหาเฉพาะในการทำความสะอาดแผลแผลพุพองและการติดเชื้อในท้องถิ่น มันถูกใช้บ่อยในการรักษากระบวนการอักเสบในช่องหูภายนอกหรือสำหรับการบ้วนปากในการรักษาอักเสบ

นอกจากนี้ยังใช้ในด้านทันตกรรมเพื่อทำความสะอาดคลองรากฟันหรือฟันผุอื่น ๆ ของเยื่อทันตกรรมในกระบวนการต่าง ๆ เช่นเอ็นโดดอนต์ในที่สุดในกระบวนการทางทันตกรรมเล็ก ๆ น้อย ๆ

มันใช้ในการทำความสะอาดแผลหรือแผล ฯลฯ เป็นเพราะมันเป็นตัวแทนที่สามารถทำลายจุลินทรีย์ แต่ไม่ใช่สปอร์ของแบคทีเรียนี่ไม่ได้หมายความว่าฆ่าจุลินทรีย์ทั้งหมด แต่จะลดระดับของสิ่งเหล่านี้เพื่อที่การติดเชื้อจะไม่เกิดปัญหาใหญ่ ดังนั้นมันจะอยู่ในระดับของสารฆ่าเชื้อระดับต่ำและน้ำยาฆ่าเชื้อ

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ทำปฏิกิริยากับ di-esters บางตัวเช่น phenyl oxalate ester และสร้าง chemiluminescence นี่เป็นแอพพลิเคชั่นชนิดที่สองที่พบในแถบแสงซึ่งรู้จักกันในชื่อภาษาอังกฤษว่า "แท่งเรืองแสง" .

นอกเหนือจากการใช้งานทั้งหมดแล้วยังมีเหตุการณ์ในอดีตที่มีการใช้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เนื่องจากยังคงเป็นสารประกอบทางเคมีที่มีความเข้มข้นสูงและได้รับปฏิกิริยาก็สามารถนำไปสู่การระเบิดซึ่งหมายความว่าจำเป็นต้องมีอุปกรณ์ป้องกัน บุคคลในระหว่างการจัดการเช่นเดียวกับคำนึงถึงเงื่อนไขการจัดเก็บที่เหมาะสม