Nadtlenek wodoru

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania
Nadtlenek wodoru

Próbka 30% perhydrolu
Ogólne informacje
Wzór sumaryczny

H2O2

Inne wzory

HOOH, HOOH

Masa molowa

34,01 g/mol

Wygląd

bezbarwna, syropowata ciecz[1]

Identyfikacja
Numer CAS

7722-84-1

PubChem

784

DrugBank

DB11091

Podobne związki
Podobne związki

woda, hydrazyna, difluorek tlenu

Pochodne

nadtlenek sodu

Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa)

Nadtlenek wodoru, H
2
O
2
nieorganiczny związek chemiczny z grupy nadtlenków, jedna z reaktywnych form tlenu[4]. Otrzymany został po raz pierwszy przez Louisa Thénarda w 1818 roku w reakcji nadtlenku baru z kwasem azotowym[5].

Budowa cząsteczki[edytuj | edytuj kod]

Układ wiązań OOH wokół atomów tlenu w cząsteczce H
2
O
2
jest nieliniowy (podobnie jak układ HOH w wodzie), ponadto atomy HOOH tworzą kąt dwuścienny (w fazie stałej około 90°).

Otrzymywanie[edytuj | edytuj kod]

Pierwszą i obecnie już tylko historyczną metodą otrzymywania nadtlenku wodoru na skalę przemysłową był proces Thénarda[6][7]:

BaO
2
+ H
2
SO
4
→ BaSO
4
+ H
2
O
2

Obecnie otrzymuje się go najczęściej tzw. metodą antrachinonową przez utlenianie 2-etylo-9,10-antracenodiolu gazowym tlenem przepuszczanym przez roztwór tego związku w mieszaninie odpowiednio dobranych rozpuszczalników[6][7]. Nadtlenek oddziela się poprzez ekstrakcję z wodą, zaś pozostały w roztworze 2-etyloantrachinon poddaje się regeneracji poprzez redukcję gazowym wodorem do 2-etylo-9,10-antracenodiolu, katalizowaną palladem osadzonym na odpowiednim nośniku lub związkami niklu. W przemysłowych metodach produkcji cykl obu reakcji (utleniania i redukcji) prowadzi się naprzemiennie.

Synteza nadtlenku wodoru metodą antrachinonową

Rozcieńczony roztwór wodny nadtlenku otrzymany w tym procesie zatęża się przez ostrożne odparowywanie wody pod zmniejszonym ciśnieniem, uzyskując w ten sposób roztwór o stężeniu maksymalnie 70%. Dalsze zatężanie prowadzi do wybuchu. Bardziej stężone roztwory oraz całkowicie czysty nadtlenek uzyskuje się prawdopodobnie przez wymrażanie go z wodnego, stężonego roztworu[8].

Inną, rzadziej stosowaną metodą, jest utlenianie izopropanolu:

(CH
3
)
2
CHOH + O
2
→ (CH
3
)
2
C=O + H
2
O
2

Reakcja ma przebieg wolnorodnikowy i nie wymaga dodatkowych katalizatorów, gdyż jest katalizowana przez H
2
O
2
(do substratu dodaje się niewielką jego ilość aby przyspieszyć fazę początkową). Jej drugim produktem przemysłowym jest aceton. Metoda ta stosowana była w drugiej połowie XX w.; w pierwszej dekadzie XXI w. działały już tylko dwie instalacje w byłym ZSRR. Takiej samej reakcji ulegają inne alkohole, jednak w przypadku alkoholi pierwszorzędowych powstające aldehydy ulegają utlenianiu przez H
2
O
2
do kwasów karboksylowych, co wyklucza ich wykorzystanie w tym procesie[7].

Nadtlenek wodoru można też otrzymywać metodą elektrolityczną z H
2
SO
4
lub NH
4
HSO
4
[7]:

2H
2
SO
4
H
2
S
2
O
8
+ H
2
2NH
4
HSO
4
(NH
4
)
2
S
2
O
8
+ H
2

W obu przypadkach H
2
O
2
uzyskuje się następnie przez hydrolizę[7]:

S
2
O2−
8
+ 2H
2
O → 2HSO
4
+ H
2
O
2

Właściwości[edytuj | edytuj kod]

Nadtlenek wodoru w temperaturze pokojowej jest syropowatą, bezbarwną (stężony staje się bladoniebieski) cieczą o temperaturze topnienia −0,44 °C i temperaturze wrzenia około 150 °C. Ma silne właściwości utleniające, wynikające z powstawania w czasie jego rozkładu tlenu atomowego (tak zwany tlen in statu nascendi[9]):

H
2
O
2
→ H
2
O + O

Czysty nadtlenek wodoru jest nietrwały – ulega egzotermicznemu rozkładowi (często wybuchowemu), na wodę i tlen, pod wpływem ciepła, światła nadfioletowego oraz kontaktu z niektórymi metalami (na przykład manganem) i tlenkami metali.

2H
2
O
2

(aq)
→ 2H
2
O
(l)
+ O
2

(g)

Rozkład ten jest katalizowany przez wiele rozdrobnionych substancji, na przykład srebro, platynę i tlenek manganu(IV)[6].

Jej rozkład katalizują też jodki[10], przy czym H
2
O
2
utlenia I
do I
2
[11][12], a reakcja H
2
O
2
z jodem (lub jodanami) ma charakter reakcji oscylacyjnej[13]:

5H
2
O
2
+ I
2
→ 2HIO
3
+ 4H
2
O
5H
2
O
2
+ 2HIO
3
→ I
2
+ 6H
2
O + 5O
2

Wydajnym enzymem rozkładającym nadtlenek wodoru jest katalaza.

Ze względu na to, że łatwo reaguje on z wieloma metalami, a także ulega rozkładowi w kontakcie ze szkłem, należy go przechowywać w ciśnieniowych butelkach z grubościennego polietylenu lub aluminium i nie wystawiać na działanie światła dziennego oraz źródeł ciepła. Jego kompleks z węglanem sodu typu hydratu (Na
2
CO
3
·1,
5
H
2
O
2
, tak zwany nadwęglan sodu) jest natomiast względnie trwały i bezpieczny w użyciu[14].

Nadtlenek wodoru wykazuje słabe właściwości kwasowe. W roztworach wodnych ulega on dysocjacji według równania[15]:

H
2
O
2
+ H
2
O → H
3
O+
+ HOO
(K = 0,5×10−12)

Właściwości utleniająco/redukujące[edytuj | edytuj kod]

Wobec reduktorów nadtlenek wodoru zachowuje się jak utleniacz (O−I
→ O−II
), na przykład[15]:

NH
2
OH
+ 3H
2
O
2
HNO
3
+ 4H
2
O

Wobec utleniaczy wykazuje właściwości redukujące (O−I
→ O0
), między innymi w reakcji z nadmanganianem potasu w środowisku kwaśnym[15]:

2KMnO
4
+ 5H
2
O
2
+ 3H
2
SO
4
→ 2MnSO
4
+ 5O
2
+ K
2
SO
4
+ 8H
2
O

lub z solami srebra(I) w środowisku zasadowym[15]:

2AgNO
3
+ H
2
O
2
+ 2KOH → 2Ag + O
2
+ 2H
2
O + 2KNO
3

Właściwości biologiczne[edytuj | edytuj kod]

W wyniku kontaktu perhydrolu ze skórą powstają białe plamy
Cysterna kolejowa do przewozu nadtlenku wodoru (oznaczenia RID)

Jest to substancja żrąca wobec żywych tkanek[1]. Przy kontakcie ze skórą pojawiają się białe martwicze plamy.

Zastosowanie[edytuj | edytuj kod]

Czysty nadtlenek wodoru jest niedostępny handlowo, gdyż prawo większości krajów Europy oraz Stanów Zjednoczonych zabrania jego sprzedaży ze względów bezpieczeństwa. W handlu dostępne są maksymalnie 70% roztwory tego związku, i to po spełnieniu specjalnych warunków (przepisy RID i ADR)[potrzebny przypis]. Najczęstszą postacią handlową jest tak zwany perhydrol, czyli jego 30% roztwór wodny, oraz roztwór 3%, nazywany wodą utlenioną[9].

Woda utleniona (roztwór 3%)[edytuj | edytuj kod]

Jest stosowana do odkażania powierzchownych ran, a po rozcieńczeniu wodą, w stosunku około 1:50, do płukania jamy ustnej w stanach zapalnych[16][17]. Takie roztwory do bezpośredniego użycia dostępne są w aptekach. Woda utleniona jest też składnikiem preparatów złożonych o podobnym przeznaczeniu, na przykład płukanki Parmy.

Woda utleniona rozkłada się przy kontakcie z krwią i peroksydazami, gwałtownie wydzielając tlen i spieniając okolice zranienia. Powszechnie uważa się, że pozwala to na wyczyszczenie i oddzielenie zabrudzeń oraz bakterii z zakamarków tkanek otaczających zranienie[1], jednak pogląd ten nie ma większego oparcia w faktach[18], a samo stosowanie wody utlenionej do odkażania ran ma wady[18]. Woda utleniona ma naturalne właściwości hemolityczne, a ponadto może prowadzić do oddzielania się świeżego nabłonka od ziarniny w miejscu zranienia[18]. Właściwości bakteriobójcze wody utlenionej przy opatrywaniu zranień są słabe i krótkotrwałe[18], a stosowanie jej nie zmniejsza ryzyka zakażenia[19][20], a w pewnych przypadkach może opóźnić gojenie się zranień[21][22]. Według innego opracowania woda utleniona nie ma znaczącego negatywnego wpływu na gojenie się ran – ale także nie obniża ryzyka zakażenia (głównie z powodu obniżonej aktywności w rozcieńczonych roztworach, osłabianej dodatkowo przez katalazy bakteryjne i z otaczających zranienie tkanek)[19]. Z tego powodu woda utleniona może co najwyżej wspomagać opatrywanie zranień obficie pokrytych zaschniętą lub zakrzepłą krwią, w czym pomagać mają jej właściwości hemolityczne[18].

Roztwory wody utlenionej są zalecane w pseudonaukowej metodzie leczącej jakoby niektóre rodzaje nowotworów, a także inne schorzenia, poprzez wywoływanie tak zwanej hiperoksygenacji. W oparciu o badania naukowe American Cancer Society całkowicie neguje skuteczność takich terapii i odradza je jako alternatywę dla ustalonych medycznych procedur leczenia nowotworów[23].

Wybielacz (roztwory 3–15%)[edytuj | edytuj kod]

Roztwory 3–15% są zwykle stosowane jako wybielacz na bazie aktywnego tlenu w środkach chemii gospodarczej, roztwory 3–12% są stosowane we fryzjerstwie do farbowania i rozjaśniania włosów.

Perhydrol (roztwory 30–35%)[edytuj | edytuj kod]

 Osobny artykuł: Perhydrol.

Perhydrol stosuje się jako silny środek utleniający w przemyśle chemicznym, na przykład do produkcji barwników organicznych, a także inicjatorów nadtlenkowych (w tym heksametylenotriperoksydiaminy oraz trimerycznego i tetramerycznego nadtlenku acetonu).

Utleniacz paliwa (roztwory 85–98%)[edytuj | edytuj kod]

Nadtlenek wodoru o stężeniu 85–98% stosowany jest jako utleniacz paliwa rakietowego oraz paliwa do okrętów podwodnych[24]. Roztwór 60% był używany już podczas II wojny światowej przez Niemców w rakietach V2[1] i samolotach Messerschmitt Me 163 (pod kryptonimem T-Stoff i innymi) oraz okrętach podwodnych i torpedach (pod kryptonimem Ingolin, Aurol i innymi). Nadtlenek wodoru był wykorzystywany w silnikach rakietowych na satelitach serii Syncom[25]. Obecnie jest stosowany jako utleniacz na rakietach suborbitalnych ILR-33 BURSZTYN[26] oraz Nucleus[27].

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. a b c d e Podręczny słownik chemiczny, Romuald Hassa (red.), Janusz Mrzigod (red.), Janusz Nowakowski (red.), Katowice: Videograf II, 2004, s. 259–260, ISBN 83-7183-240-0.
  2. Małgorzata Galus, Tablice chemiczne, Warszawa: Wydawnictwo Adamantan, 2008, s. 171–170, ISBN 978-83-7350-105-8.
  3. a b c d e Hydrogen peroxide 60% or more, [w:] GESTIS-Stoffdatenbank [online], Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung, ZVG: 002430 [dostęp 2022-02-06] (niem. • ang.).
  4. Nadtlenek wodoru, [w:] Grzegorz Bartosz, Druga twarz tlenu, wyd. 2, Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2008 (Środowisko), s. 28, 46, ISBN 978-83-01-13847-9.
  5. Louise Jacques Thénard, Observations sur des Combinaisons nouvelles entre l’oxigène et divers acides, „Annales de chimie et de physique”, 8, 1818, s. 306–313 (fr.).
  6. a b c Adam Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, wyd. 5, Warszawa: PWN, 2002, s. 606–607, ISBN 83-01-13654-5.
  7. a b c d e Gustaaf Goor, Jürgen Glenneberg, Sylvia Jacobi, Hydrogen Peroxide, [w:] Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Weinheim: Wiley‐VCH, 2007, DOI10.1002/14356007.a13_443.pub2 (ang.).
  8. Zatężanie do 100%, patrz: Julian Gałecki, Preparatyka nieorganiczna. Czyste odczynniki chemiczne, Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1964, s. 903–904.
  9. a b nadtlenek wodoru, [w:] Encyklopedia techniki. Chemia, Władysław Gajewski (red.), Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1965, s. 449, OCLC 33835352.
  10. Robert G. Mortimer, Physical Chemistry, wyd. 3, Elsevier, 2008, s. 506, ISBN 978-0-12-370617-1 (ang.).
  11. Geoff Rayner-Canham, Tina Overton, Descriptive Inorganic Chemistry, W.H. Freeman and Company, 2010, s. 424, ISBN 978-1-4292-2434-5 (ang.).
  12. C. Chambers, A.K. Holliday, Modern Inorganic Chemistry, Butterworths, 1975, s. 280 (ang.).
  13. Norman N. Greenwood, Alan Earnshaw, Chemistry of the Elements, wyd. 2, Oxford–Boston: Butterworth-Heinemann, 1997, s. 865, ISBN 0-7506-3365-4 (ang.).
  14. R.G. Pritchard, E. Islam, Sodium percarbonate between 293 and 100 K, „Acta Crystallographica”, B59, 2003, s. 596–605, DOI10.1107/S0108768103012291.
  15. a b c d Philip John Durrant, Bryl Durrant, Zarys współczesnej chemii nieorganicznej, Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1965, s. 914–917.
  16. Woda utleniona 3% – opis produktu, Supple.pl [dostęp 2014-12-26].
  17. Woda utleniona 3% – opis produktu, Doz.pl [dostęp 2011-06-08].
  18. a b c d e 7. Wound cleansing and irrigation, [w:] Alexander Trott, Wounds and lacerations: emergency care and closure, Philadelphia: Elsevier Health Sciences, 2005, s. 85, ISBN 978-0-323-02307-8 (ang.).
  19. a b A. Drosou, A. Falabella, R.S. Kirsner, Antiseptics on wounds: An area of controversy, „Wounds”, 15 (5), 2003, s. 149–166 [dostęp 2011-02-02] [zarchiwizowane z adresu 2015-07-08] (ang.).
  20. W.Y. Lau, S.H. Wong, Randomized, prospective trial of topical hydrogen peroxide in appendectomy wound infection. High risk factors, „Am J Surg”, 142 (3), 1981, s. 393–397, DOI10.1016/0002-9610(81)90358-5, PMID7283035 (ang.).
  21. G.W. Thomas i inni, Mechanisms of delayed wound healing by commonly used antiseptics, „J Trauma”, 66 (1), 2009, s. 82–91, DOI10.1097/TA.0b013e31818b146d, PMID19131809 (ang.).
  22. R.P. Gruber, L. Vistnes, R. Pardoe, The effect of commonly used antiseptics on wound healing, „Plast Reconstr Surg”, 55 (4), 1975, s. 472–476, PMID1090959 (ang.).
  23. Questionable methods of cancer management: hydrogen peroxide and other ‘hyperoxygenation’ therapies, „CA Cancer J Clin”, 43 (1), s. 47–56, DOI10.3322/canjclin.43.1.47, PMID8422605 (ang.).
  24. U-Boot Typ XVII (Versuchsboote), [w:] Lexikon der Wehrmacht [online] (niem.).
  25. Syncom 1, [w:] NASA Space Science Data Coordinated Archive [online] [dostęp 2022-02-06] (ang.).
  26. Dawid Cieśliński, Tomasz Noga, Arthur Pazik, Polish civil rockets’ development overview, „Obronność RP XXI wieku w teorii i praktyce”, 2021.
  27. Nucleus: A Very Different Way to Launch into Space, Nammo [dostęp 2022-02-06] (ang.).

Star of life.svg Przeczytaj ostrzeżenie dotyczące informacji medycznych i pokrewnych zamieszczonych w Wikipedii.