Υπεροξείδιο του υδρογόνου: Διαφορά μεταξύ των αναθεωρήσεων

 

Σε αραιό [[διάλυμα]], φαίνεται [[χρώμα|άχρωμο]]. Εξαιτίας των οξειδωτικών του ιδιοτήτων, το υπεροξείδιο του υδρογόνου χρησιμοποιείται συχνά ως ένα [[λευκαντικό]] ή [[απολύμανση|απολυμαντικό]] μέσο. Η οξειδωτική του δυναμικότητα είναι τόσο ισχυρή ώστε θεωρείται πολύ δραστικό [[οξυγόνο|οξυγονωτικό]] χημικό είδος. Γι' αυτό το λόγο το «πυκνό υπεροξείδιο του υδρογόνου» (''high-test peroxide'') χρησιμοποιήθηκε ως ένα οξειδωτικό για [[πύραυλος|πυραύλους]]<ref>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.</ref>. Πολλοί [[ζωντανός οργανισμός|ζωντανοί οργανισμοί]] παράγουν φυσιολογικά υπεροξείδιο του υδρογόνου, ως ένα παραπροϊόν του οξειδωτικού [[μεταβολισμός|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 [[αντίδραση διάσπασης|αποσυνθέτουν]] χαμηλές [[συγκέντρωση|συγκεντρώσεις]] υπεροξειδίου του υδρογόνου σε νερό και οξυγόνο:

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

</div>

== Παραγωγή ==

 

 

Παλαιότερα, το υπεροξείδιο του υδρογόνου παράγονταν [[βιομηχανία|βιομηχανικά]] με [[υδρόλυση]] [[υπεροξυδιθειικό αμμώνιο|υπεροξυδιθειικού αμμωνίου]]:

<math>\mathrm{(NH_4)_2S_2O_8 + 2H_2O \xrightarrow{} 2H_2O_2 + 2(NH_4)HSO_4}</math>

</div>

 

Από το [[1939]], όμως, [[Ευρεσιτεχνία|πατενταρίστηκε]] η «διεργασία ανθρακοκινόνης», που τυποποιήθηκε το [[1936]]. Η διεργασία αυτή αρχίζει με την [[οξειδοαναγωγή|αναγωγή]] μιας [[ανθρακονινόνη]]ς, όπως η [[2-αιθυλανθρακοκινόνη]] ή η [[2-αμυλανθρακοκινόνη]], στην αντίστοιχη [[ανθραϋδροξυκινόνη]], συνήθως με [[υδρογόνωση]] με τη χρήση [[παλλάδιο|παλλαδίου]] ως [[καταλύτης|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 [[ατμόσφαιρα|ατμοσφαιρικού αέρα]] που διαβιβάζονται διαμέσου του διαλύματος που περιέχει το παράγωγο του [[ανθρακένιο|ανθρακένιου]] (δηλαδή το παράγωγο της ανθραϋδροξυκινόνης). Έτσι, το οξυγόνο του αέρα των φυσαλίδων αντιδρά με τα άτομα υδρογόνου των [[υδροξύλιο|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<ref name="Antra">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.</ref><ref name="Riedl&Pleiderer">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</ref>:

[[Αρχείο:Riedl-Pfleiderer process.svg|420px|Διεργασία Riedl-Pfleiderer]]

</div>

 

Η απλοποιημένη συνολική στοιχειομετρική [[εξίσωση]] της παραπάνω διεργασίας είαναι ιδιαίτερα απλή<ref name="Antra"/>:

<math>\mathrm{H_2 + O_2 \xrightarrow{} H_2O_2}</math>

</div>

| caption2 = Μοριακή δομή και μοριακές διαστάσεις H₂O₂ στη στερεή (κρυσταλλική) φάση

}}

|-

! Ονομασία !! Τύπος !! [[Μοριακό βάρος|Μοριακή μάζα]] (g mol⁻¹) !! Σ.Τ. (°C) !! Σ.Ζ. (°C)

 

Το υπεροξείδιο του υδρογόνου είνσι θερμοδυναμικά ασταθές και διασπάται σε νερό και οξυγόνο, με ΔΗ₀=98,2 kJ/mol και ΔS=70,5 J/(mol·K):

<math>\mathrm{2H_2O_2 \xrightarrow{} 2H_2O + O_2 \uparrow} </math>

</div>

 

Σε όξινα υδατικά διαλύματα τα κατιόντα Fe²⁺ οξειδώνονται από το υπεροξείδιο του υδρογόνου σε Fe³⁺:

<math>\mathrm{2Fe^{2+} + H_2O_2 + 2H^+ \xrightarrow{H_2O} 2Fe^{3+} + 2H_2O} </math>

</div>

 

Το υπεροξείδιο του υδρογόνου οξειδώνει, επίσης, τα θειώδη ανιόντα (SO₃^2-) σε θειικά ανιόντα (SO₄^2-).

<math>\mathrm{2SO_3^{2-} + H_2O_2 + \xrightarrow{H_2O} 2SO_4^{2-} + H_2O} </math>

</div>

 

Ωστόσο, το υπεροξείδιο του μαγγανίου (KMnO₄) ανάγεται από όξινο υδατικό διάλυμα υπεροξειδίου του υδρογόνου σε κατιόντα Mn²⁺:

<math>\mathrm{MnO_4^- + 3H_2O_2 + 2H^+ \xrightarrow{H_2O} Mn^{2+} + 4H_2O + 3O_2 \uparrow} </math>

</div>

 

Κάτω από αλκαλικές συνθήκες, ωστόσο, κάποιες από τις παραπάνω αντιδράσεις αντιστρέφονται. Για παράδειγμα, τα κατιόντα Mn²⁺ οξειδώνονται σε MnO₂ (στο οποίο η οξειδωτική βαθμίδα του μαγγανίου είναι +4):

<math>\mathrm{Mn^{2+} + 2H_2O_2 \xrightarrow{OH^-} MnO_2 + 2H_2O} </math>

</div>

 

Σε αλκαλικά υδατικά διαλύματα, το υπεροξείδιο του υδρογόνου μπορεί να ανάξει μια ποικιλία ανόργανων ιόντων. Για παράδειγμα, μπορεί να ανάξει το [[υποχλωριόδες νάτριο]] (NaOCl) και το υπερμαγγανικό κάλιο (KMnO₄), σε [[χλωριούχο νάτριο]] (NaCl) και [[διοξείδιο του μαγγανίου]] (MnO₂), αντίστοιχα. Επειδή δε όταν το υπεροξείδιο του υδρογόνου αντιδρά ως αναγωγικό μέσο παράγεται αέριο οξυγόνο, αυτές οι αντιδράσεις αποτελούν βολικές μεθόδους παραγωγής οξυγόνου σε εργαστηριακή κλίμακα:

<math>\mathrm{NaOCl + H_2O_2 \xrightarrow{OH^-} O_2 \uparrow + NaCl + H_2O} </math><br><math>\mathrm{2KMnO_4 + 3H_2O_2 \xrightarrow{OH^-} 2MnO_2 + KOH + 2H_2O + 3O_2 \uparrow} </math>

</div>

 

Οι συνολικές ημιαντιδράσεις οξείδωσης και αναγωγής του υπεροξειδίου του υδρογόνου είναι, αντιστοίχως, οι ακόλουθες:

<math>\mathrm{H_2O_2 \xrightarrow{} H_2O + |O|} </math><br><math>\mathrm{H_2O_2 + |O| \xrightarrow{} H_2O + O_2 \uparrow} </math>

</div>

 

Το υπεροξείδιο του υδρογόνου συχνά χρησιμοποιείται ως οξειδωτικό μέσο και στην [[Οργανική χημεία|Οργανική Χημεία]]. Για παράδειγμα, μπορεί να οξειδώσει [[θειαιθέρες]] (RSR) σε [[θειοξείδια]] (RSOR)<ref> Kabayadi S. Ravikumar, Venkitasamy Kesavan, Benoit Crousse, Danièle Bonnet-Delpon, Jean-Pierre Bégué "Mild and Selective Oxidation of Sulfur Compounds in Trifluoroethanol: Diphenyldisulfide and Methyl phenyl Sulfoxide" Org. Synth. 2003, vol. 80, 184. doi:10.15227/orgsyn.080.0184</ref><ref>Xu, W. L.; Li, Y. Z.; Zhang, Q. S.; Zhu, H. S. (2004). "A Selective, Convenient, and Efficient Conversion of Sulfides to Sulfoxides". Synthesis (2): 227. doi:10.1055/s-2004-44387. edit</ref>:

<math>\mathrm{RSR + H_2O_2 \xrightarrow{} RSOR + H_2O} </math>

</div>

 

Ακόμη, το υπεροξείδιο του υδρογόνου οξειδώνει πρωτοταγείς αμίνες (RNH₂) σε [[νιτροαλκάνια]] (RNO₂), και τις δευτεροταγείς αμίνες (R₂NH) σε [[υδροξυλαμίνη|υδροξυλαμίνες]] (R₂NHOH), ενώ οι τριτοταγείς αμίνες (R₂NCH₂CH₂R) σχηματίζουν [[αμινοξείδια]] (R₂NOCH₂CH₂R), που μπορεί να διασπαστούν σε αλκένια και δευτεροταγείς υδροξυλαμίνες<ref>Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 246, §10.5.7.</ref>:

<math>\mathrm{RNH_2 + 3H_2O_2 \xrightarrow{} RNO_2 + 4H_2O} </math><br><math>\mathrm{R_2NH + H_2O_2 \xrightarrow{} R_2NHOH + H_2O} </math><br><math>\mathrm{R_2NCH_2CH_2R + H_2O_2 \xrightarrow{-H_2O} R_2NOCH_2CH_2 \xrightarrow{} R_2NHOH + RCH=CH_2} </math>

</div>

* Σημείωση: Όταν αναφέρονται πάνω από ένα R στις παραπάνω αντιδράσεις δεν αντιστοιχούν απαραίτητα στην ίδια μονοσθενή ρίζα, ενώ δυο R μπορεί να θεωρηθεί ότι αντιστοιχούν και σε μια δισθενή ρίζα.Αλκαλικά υδατικά διαλύματα υπεροξειδίου του υδρογόνου χρησιμοποιούνται για εποξείδωση ενώσεων με διπλό δεσμό C-C που συνδέεται με ομάδες που περιέχουν δέκτες ηλεκτρονίων, όπως οι [[προπενικό οξύ|προπενικοί εστέρες]] (CH₂=CHCOOR), καθώς και για οξείδωση [[αλκυλοβοράνια|αλκυλοβορανίων]] (RBH₂) σε [[αλκοόλες]] (ROH), ιδιότητα που αξιοποιείται ως το δεύτερο στάδιο της παραγωγής αλκοολών (RCH₂CH₂OH) από [[αλκένια]] (RCH=CH₂), μέσω [[βοράνιο|υδροβορίωσης]]:

<math>\mathrm{CH_2=CHCOOR + H_2O_2 \xrightarrow{OH^-} H_2O+} </math> [[Αρχείο:Carbalkoxyoxirane.png|100 px|Καρβαλκοξυοξιράνιο]]<br><math>\mathrm{3RCH=CH_2 + BH_3 \xrightarrow{} 3(RCH_2CH_2)_3B \xrightarrow[OH^-]{+3H_2O_2} 3RCH_2CH_2OH + H_3BO_3} </math>

</div>

 

Ακόμη, παρουσία καρβοξυλικών υπεροξέων (RCO₃H), διυδροξυλιώνει [[αλκένια]] (RCH=CH₂)<ref>Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 157, §6.8.9. Καλύπτει την περίπτωση 2.</ref>:

<math>\mathrm{RCH_2=CH_2 + H_2O_2 \xrightarrow{RCO_3H} RCH(OH)CH_2OH} </math>

</div>

 

Το υπεροξείδιο του υδρογόνου δρα ως ασθενές [[οξύ]], σχηματίζοντας υδροϋπεροξείδια ή υπεροξειδικά άλατα με πολλά [[μέταλλα]]. Επίσης μετατρέπει οξείδια μετάλλων στα αντίστοιχα υπεροξείδια. Για παράδειγμα, με την επίδραση υπεροξειδίου του υδρογόνου σε [[χρωμικό οξύ]] (H₂CrO₄) σχηματίζεται ένα ασταθές μπλε υπεροξείδιο του χρωμίου με χημικό τύπο CrO(O₂). Οι αντιδράσεις αυτού του είδους χρησιμοποιούνται βιομηχανικά για την παραγωγή υπεροξυανιόντων. Για παράδειγμα, η αντίδραση του υπεροξειδίου του υδρογόνου με [[βόρακας|βόρακα]] (Na₂B₄O₇) οδηγεί στην παραγωγή [[υπεροβορικό νάτριο|υπερβορικού νατρίου]] [Na₂B₂O₄(OH)₄], ενός λευκαντικού που χρησιμοποιείται σε απορρυπαντικά πληντηρίου:

<math>\mathrm{Na_2B_4O_7 + 4H_2O_2 + 2NaOH \xrightarrow{} 2Na_2B_2O_4(OH)_4 + H_2O} </math>

</div>

 

[[Αρχείο:Meta-Chloroperoxybenzoic acid.svg|100px|thumb|right|μ-χλωροβενζοϊκό υπεροξύ]]

 

Χρησιμοποιείται, ακόμη, για την παραγωγή διαφόρων [[οργανικά υπεροξείδια|οργανικών υπεροξειδίων]], με το [[διβενζοϋλυπεροξείδιο]] [(PhCO₂)₂O₂], να αποτελεί ένα παράδειγμα με (σχετικά) μεγάλο όγκο παραγωγής. Χρησιμοποιείται σε [[πολυμερισμός|πολυμερισμούς]], ως λευκαντικό αλεύρων και για την αντιμετώπιση της ακμής. Τα [[υπεροξυοξέα]], όπως το [[οξεικό υπεροξύ]] (CH₃CO₃H) και το [[μεταχλωροβενζοϊκό υπεροξύ]] (δείτε στο εικονίδιο δίπλα τον τύπο του) παράγονται επίσης τυπικά χρησιμοποιώντας υπεροξείδιο του υδρογόνου.

 

Μεγάλες πόσιμες δόσεις υδατικού διαλύματος υπεροξειδίου του υδρογόνου 3% v/w μπορεί να προκαλέσει ερεθισμό και φουσκάλες στο στόμα, στο λάρυγγα και στην κοιλιά, καθώς επίσης και κοιλιακό άλγος, έμετο ή και διάρροια.<ref>Hydrogen Peroxide, 3%. 3. Hazards Identification Southeast Fisheries Science Center, daughter agency of NOAA.</ref>. Η δε ενδοφλέβια ένεση υπεροξειδίου του υδρογόνου έχει συνδεθεί με αρκετούς θανάτους<ref>Cooper, Anderson (12 January 2005). "A Prescription for Death?". CBS News. Retrieved 7 July 2007.</ref><ref>Mikkelson, Barbara (30 April 2006). "Hydrogen Peroxide". Snopes.com. Retrieved 7 July 2007.</ref>

 

Η Αμερικανική Κοινωνία Καρκίνου δηλώνει ότι ''"there is no scientific evidence that hydrogen peroxide is a safe, effective or useful cancer treatment"'' (απόδοση στα ελληνικά: «Δεν υπάρχει επισημονική ένδειξη ότι το υπεροξείδιο του υδρογόνου είναι ασφαλές, αποτελεσματικό ή χρήσιμο στη θεραπεία του καρκίνου»)<ref>Questionable methods of cancer management: hydrogen peroxide and other 'hyperoxygenation' therapies". CA: a cancer journal for clinicians 43 (1): 47–56. 1993. doi:10.3322/canjclin.43.1.47. PMID 8422605.</ref>. Η θεραπεία με υπεροξείδιο του υδρογόνου δεν είναι αποδεκτή από την ''U.S. FDA.'' (που αποδίδεται στα ελληνικά ως «Ομοσπονδιακή Ένωση Γιατρών ΗΠΑ»).

Τα υδατικά διαλύματα υψηλής συγκέντρωσης σε υπεροξείδιο του υδρογόνου αναφέρονται ως ''High Test Peroxide (HTP)'' (απόδοση στα ελληνικά: «Πείραμα υψηλής συγκέντρωσης υπεροεξειδίου του υδρογόνου»). Μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόσο ως μονοπροωθητικό (δηλαδή χωρία ανάμειξη με άλλη ουσία, καύσιμη ή οξειδωτική), όσο και ως οξειδωτικό ενός διπροωθητικού πυραύλου.

 

 

Ως διπροωθητικό, το υπεροεξείδιο του υδρογόνου διασπάται για να οξειδώσει το καύσιμο ως οξειδωτικό. Έχει επιτευχθεί, με υπεροξείδιο του υδρογόνου ως οξειδωτικό διπροωθητικού πυραύλου, ειδική ώθηση ως και 3,5 kN·s/kg, εξαρτώμενη από το χρησιμοποιούμενο καύσιμο. Ως οξειδωτικό, το υπεροξείδιο του υδρογόνου δίνει ειδική ώθηση λίγο μικρότερη από την αντίστοιχη του υγρού οξυγόνου, αλλά έχει πολύ μεγαλύτερη πυκνότητα, ευκολότερα αποθηκεύσιμο, χωρίς να απαιτεί κρυογονικό σύστημα και οδηγείται ευκολότερα στους αεριοστροβίλους, δίνοντας υψηλές πιέσεις, χρησιμοποιώντας ένας αποτελεσματικό κλειστό κύκλο. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί, ακόμη, για ανανεώσιμη ψύξη των πυραυλικών κινητήρων.

Το υπεροξείδιο του υδρογόνου χρησιμοποιήθηκε ως επιτυχημένο οξειδωτικό κατά το Β΄ Παγκόσμιο Πόλεμο στους γερμανικούς πυραυλικούς κινητήρες (π.χ.''T-Stoff'', που περιείχε σταθεροποιητή [[οξυκινολίνη]]ς, για τα Me 163B), ενώ πολύ συχνά χρησιμοποιήθηκε με το ''C-Stoff'', σε έναν αυτοαναφλεγόμενο υπεργολικό συνδυασμό, και στους χαμηλού κόστους Βρεττανικούς εκτοξευτές ''Black Knight'' και ''Black Arrow''.

 

 

=== Για εκρηκτικά ===

 

==== Ιχθυοκαλλιέργεια ====

 

== Ασφάλεια ==

Ροές υψηλής συγκέντρωσης υπεροξειδίου του υδρογόνου, τυπικά πάνω από 40%, θεωρούνται επικίνδυνες, γιατί το υλικό αυτό ικανοποιεί τους ορισμούς του οξειδωτικού DOT, σύμφωνα με τους κανονισμούς των [[ΗΠΑ]], (πιθανότατα και άλλων χωρών) αν απελευθερωθούν στο περιβάλλον.

 

 

 

Έχοντας μια σημαντική τάση ατμών (1,2 kPa στους 50 °C<ref>CRC Handbook of Chemistry and Physics, 76^th Ed, 1995–1996.</ref>), το υπεροξείδιο του υδρογόνου είναι δυνητικά επικίνδυνο και στην κατάσταση των ατμών του. Σύμφωνα με το U.S. NIOSH, το όριο άμεσου κινδύνου του υπεροξειδίου του υδρογόνου για τη ζωή και την υγεία είναι μόλις 75 ppm<ref>Documentation for Immediately Dangerous to Life or Health Concentrations (IDLH): NIOSH