Водород пероксид — хемиско соединение со формула . Во својата чиста форма, таа е многу бледо сина течност која е малку повеќе вискозна од водата. Се користи како оксиданс, средство за белење и антисептик, обично како разреден раствор (3 % – 6 % масен удел) во вода за потрошувачки употреби и во повисоки концентрации за индустриска употреба. Концентрираниот водороден пероксид, или „пероксид со висок тест“, експлозивно се распаѓа кога се загрева и се користи како погонско гориво во ракетирањето.
Водород пероксид е реактивен вид на кислород и наједноставниот пероксид, соединение кое има единечна кислород-кислород врска. Полека се распаѓа кога е изложен на светлина и брзо во присуство на органски или реактивни соединенија. Обично се чува со стабилизатор во слабо кисел раствор во темно шише за да се блокира светлината. Водород пероксид се наоѓа во биолошките системи вклучувајќи го и човечкото тело. Ензимите кои користат или разградуваат водороден пероксид се класифицирани како пероксидази.
Својства Точката на вриење на е екстраполирана како 150,2 °C (302,4 °F), приближно 50 °C (90 °F) повисока од водата. Во пракса, водород пероксид ќе претрпи потенцијално експлозивно топлинско разложување ако се загрее до оваа температура. Може безбедно да се дестилира на пониски температури под намален притисок.
Структура
Водород пероксид () е нерамна молекула со (извиткана) C2 симетрија; ова првпат го покажа Пол-Антоан Гигуер во 1950 година со помош на инфрацрвена спектроскопија. Иако врската O−O е единечна врска, молекулата има релативно висока ротациона бариера од 386 cm−1 (4,62 kJ/mol) за ротација помеѓу енантиомери преку trans конфигурацијата и 2460 cm−1 (29,4 kJ/mol) преку cis конфигурацијата. Овие бариери се должат на одбивноста помеѓу слободните електронски парови на соседните атоми на кислород и диполните ефекти помеѓу двете O-H врски. За споредба, ротационата бариера за етанот е 1040 cm−1 (12,4 kJ/mol).
Приближно 100° е диедралниот агол помеѓу двете O-H врски и ја прави молекулата хирална. Тоа е најмалата и наједноставната молекула која покажува енантиомеризам. Предложено е дека енантиоспецифичните интеракции на едниот наместо на другиот може да доведат до засилување на една енантиомерна форма на рибонуклеински киселини и затоа е потеклото на хомохиралност во светот на РНК.
Молекуларните структури на гасовит и кристален се значително различни. Оваа разлика се припишува на ефектите на водородната врска, која е отсутна во гасовита состојба. Кристалите на се тетрагонални со просторната група D или P41212.
Водни раствори Во водени раствори, водородниот пероксид се разликува од чистата супстанција поради ефектите на водородното поврзување помеѓу молекулите на водата и водород пероксидот. Водород пероксид и вода формираат еутектичка мешавина, покажувајќи депресија на точката на замрзнување до -56 °C; чистата вода има точка на замрзнување од 0 °C и чист водороден пероксид од -0,43 °C. Точката на вриење на истите мешавини е исто така намалена во однос на средната вредност на двете точки на вриење (125,1 °C). Се јавува на 114 °C. Оваа точка на вриење е 14 °C поголема од онаа на чистата вода и 36,2 °C помала од онаа на чистиот водороден пероксид.
+ Густина на воден раствор на (w/w) Густина(g/cm3) Тем.(°C) 3% 1.0095 15 27% 1.10 20 35% 1.13 20 50% 1.20 20 70% 1.29 20 75% 1.33 20 96% 1.42 20 98% 1.43 20 100% 1.45 20
Споредба со аналози Водород пероксид има неколку структурни аналози со сврзувачки аранжмани (водата е прикажана и за споредба). Има највисока (теоретска) точка на вриење од оваа серија (X = O, S, N, P). Неговата точка на топење е исто така прилично висока, споредлива со онаа на хидразинот и водата, при што само хидроксиламинот се кристализира значително полесно, што укажува на особено силна водородна врска. Дифосфан и водород дисулфид покажуваат само слаби водородни врски и имаат мала хемиска сличност со водород пероксид. Структурно, сите аналози усвојуваат слични искривени структури, поради одбивноста помеѓу соседните слободни електронски парови.
+ Својства на и неговите аналози Вредностите означени со * се екстраполираат Име Формула Моларна маса(g/mol) Точка на топење (°C) !! Точка на вирење (°C) Вода HOH 18.02 0.00 99.98 Водород пероксид HOOH 34.01 −0.43 150.2* Водород дисулфид HSSH 66.15 −89.6 70.7 Хидразин H2NNH2 32.05 2 114 Хидроксиламин NH2OH 33.03 33 58* Дифосфан H2PPH2 65.98 −99 63.5*
Откритие Понекогаш се вели дека Александар фон Хумболт бил првиот што го пријавил првиот синтетички пероксид, бариум пероксид, во 1799 година како нуспроизвод на неговите обиди да го разложи воздухот, иако тоа е оспорено поради двосмислената формулација на фон Хумболт. Деветнаесет години подоцна Луј Жак Тенар препознал дека ова соединение може да се користи за подготовка на претходно непознато соединение, кое го опишал како eau oxygénée („оксигенирана вода“) – подоцна познато како водороден пероксид. Денес, терминот „оксигенирана вода“ може да се појави на малопродажното пакување што се однесува на мешавини што содржат или вода и водороден пероксид или вода и растворен кислород. Ова може да предизвика лична повреда ако разликата не е правилно разбрана од корисникот.
Подобрената верзија на процесот на Тенард користела хлороводородна киселина, проследена со додавање на сулфурна киселина за да се таложи нуспроизводот на бариум сулфат. Овој процес се користел од крајот на 19 век до средината на 20 век.
Ефектот на белење на пероксидите и нивните соли на природните бои беше познат уште од експериментите на Тенард во 1820-тите, но раните обиди за индустриско производство на пероксиди не успеаја. Првата фабрика за производство на водород пероксид била изградена во 1873 година во Берлин. Откривањето на синтезата на водород пероксид со електролиза со сулфурна киселина го воведе поефикасниот електрохемиски метод. За прв пат беше комерцијализиран во 1908 година во Вајсенштајн, Корушка, Австрија. Процесот на антрахинон, кој сè уште се користи, беше развиен во текот на 1930-тите од германскиот хемиски производител IG Farben во Лудвигсхафен. Зголемената побарувачка и подобрувањата во методите на синтеза резултираа со пораст на годишното производство на водород пероксид од 35.000 тони во 1950 година, на над 100.000 тони во 1960 година, на 300.000 тони до 1970 година; до 1998 година достигна 2,7 милиони тони.
Раните обиди не успеаја да произведат уреден водороден пероксид. Безводниот водороден пероксид најпрво бил добиен со вакуум дестилација.
Одредувањето на молекуларната структура на водород пероксид се покажа како многу тешко. Во 1892 година, италијанскиот физико-хемичар Џакомо Карара (1864–1925) ја одредил неговата молекуларна маса со депресија на точката на замрзнување, што потврдило дека неговата молекуларна формула е .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. Се чинеше дека е исто толку возможна како модерната структура и дури во средината на 20 век, најмалку половина дузина хипотетички изомерни варијанти на две главни опции се чинеше дека се во согласност со достапните докази.See, for example: In 1882, Kingzett proposed as a structure . See: 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), p. 952–956. W. C. Schumb, C. N. Satterfield, and R. L. Wentworth (1 December 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 (including cis-trans isomers) 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).) Во 1934 година, англискиот математички физичар Вилијам Пени и шкотскиот физичар Гордон Сатерленд предложија молекуларна структура за водород пероксид која беше многу слична на моментално прифатената.
Претходно, водород пероксид се подготвуваше индустриски со хидролиза на амониум персулфат: [NH4]2S2O8 + 2 H2O -> 2 [NH4]HSO4 + H2O2 кој самиот бил добиен со електролиза на раствор од амониум бисулфат () во сулфурна киселина: 2 [NH4]HSO4 -> [NH4]2S2O8 + H2
Производство
Денес, водород пероксидот се произведува речиси исклучиво со процесот на антрахинон, кој првично беше развиен од BASF во 1939 година. Започнува со редукција на антрахинон (како 2-етилантрахинон или 2-амил дериват) до соодветниот антрахидрохинон, обично со хидрогенирање на паладиумски катализатор. Во присуство на кислород, антрахидрохинонот потоа се подложува на автооксидација: лабилните водородни атоми на хидрокси групите се пренесуваат во молекулата на кислородот, за да се добие водороден пероксид и да се регенерира антрахинонот. Повеќето комерцијални процеси постигнуваат оксидација со клокотот на компримиран воздух низ раствор на антрахидрохинон, при што водородниот пероксид потоа се екстрахира од растворот и антрахинонот се рециклира назад за последователни циклуси на хидрогениеање и оксидациј..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
Нето реакцијата за процесот катализиран од антрахинон е :
Економичноста на процесот во голема мера зависи од ефективното рециклирање на растворувачите за екстракција, катализаторот за хидрогенизација и скапиот хинон.
Други извори Мали, но забележливи количини на водород пероксид може да се формираат со неколку методи. Мали количества се формираат со електролиза на разредена киселина околу катодата каде што водородот еволуира околу меурчињата на кислородот кој се додаваат околу неа. Исто така, се произведува со изложување на вода на ултравиолетови зраци од живина ламба или електричен лак додека ја затворате во проѕирен УВ сад (на пример, кварц). Тој е забележлив во ледена вода по согорување на проток на водороден гас насочен кон неа, а може да се забележи и на лебдечки мраз. Брзо ладениот влажен воздух продуван низ јазот на искри од приближно 2.000 °C резултира во забележливи количини.
Комерцијално остварлив процес за производство на водород пероксид директно од околината е од интерес многу години. Ефикасна директна синтеза е тешко да се постигне, бидејќи реакцијата на водородот со кислородот термодинамички го фаворизира производството на вода. Развиени се системи за директна синтеза, од кои повеќето користат фино дисперзирани метални катализатори слични на оние што се користат за хидрогенирање на органски супстрати.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. Една економска пречка беше тоа што директните процеси даваат разредено решение неекономично за транспорт. Ниту еден од нив сè уште не достигнал точка каде што може да се користи за синтеза во индустриски размери.
Достапност