คุณสมบัติของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์สูตรโครงสร้างและการใช้ประโยชน์

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ หรือน้ำที่มีออกซิเจน, ไดออกซินหรือไดออกซิโนเป็นสารเคมีที่แสดงโดยสูตร H2O2 ในรูปแบบที่บริสุทธิ์ไม่แสดงสีนอกจากอยู่ในสถานะของเหลว แต่มีความหนืดมากกว่าน้ำเล็กน้อยเนื่องจากปริมาณของ "สะพานไฮโดรเจน" ที่สามารถเกิดขึ้นได้. 

เปอร์ออกไซด์นี้ยังได้รับการยอมรับว่าเป็นหนึ่งในเปอร์ออกไซด์ที่ง่ายที่สุดซึ่งเข้าใจกันว่าเป็นสารประกอบเปอร์ออกไซด์ที่มีพันธะออกซิเจนกับออกซิเจนอย่างง่าย. 

การใช้งานมีหลากหลายและอยู่ในช่วงของพลังงานในฐานะสารออกซิไดซ์สารฟอกและสารฆ่าเชื้อและแม้ที่ความเข้มข้นสูงมันถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับยานอวกาศโดยมีความสนใจเป็นพิเศษในทางเคมีของจรวด. 

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เป็นก๊าซที่ไม่คงที่และสลายตัวช้าในที่ที่มีฐานหรือตัวเร่งปฏิกิริยา เนื่องจากความไม่เสถียรนี้เปอร์ออกไซด์จึงมักจะถูกจัดเก็บไว้ด้วยตัวทำให้เสถียรบางชนิดซึ่งอยู่ในที่ที่มีสารละลายกรดเล็กน้อย. 

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์สามารถพบได้ในระบบชีวภาพที่เป็นส่วนหนึ่งของร่างกายมนุษย์และเอนไซม์ที่ทำหน้าที่ย่อยสลายมันเป็นที่รู้จักกันในชื่อ "peroxidases". 

การค้นพบ

การค้นพบไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ได้รับมอบหมายให้นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสหลุยส์ฌาคส์บัลลาร์ดเมื่อเขาทำปฏิกิริยาแบเรียมเปอร์ออกไซด์ด้วยกรดไนตริก.

รุ่นที่ปรับปรุงแล้วของกระบวนการนี้ใช้กรดไฮโดรคลอริกและโดยการเติมกรดซัลฟูริกเพื่อให้ตกตะกอนแบเรียมซัลเฟต กระบวนการนี้ใช้ตั้งแต่ปลายศตวรรษที่สิบเก้าจนถึงกลางศตวรรษที่ยี่สิบเพื่อผลิตเปอร์ออกไซด์. 

มันคิดเสมอว่าเปอร์ออกไซด์นั้นไม่เสถียรเนื่องจากความพยายามทั้งหมดที่ล้มเหลวในการแยกมันออกจากน้ำ แต่ความไม่แน่นอนส่วนใหญ่เกิดจากร่องรอยของความสกปรกของเกลือของโลหะทรานซิชันซึ่งเป็นตัวเร่งให้เกิดการสลายตัว. 

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์บริสุทธิ์นั้นถูกสังเคราะห์ขึ้นเป็นครั้งแรกในปี 1894 เกือบ 80 ปีหลังจากการค้นพบต้องขอบคุณ Richard Wolffenstein นักวิทยาศาสตร์ผู้ผลิตมันขึ้นมาจากการกลั่นสูญญากาศ. 

โครงสร้างโมเลกุลของมันยากที่จะตรวจสอบ แต่ Giacomo Carrara นักฟิสิกส์เคมีชาวอิตาลีเป็นผู้กำหนดมวลโมเลกุลของมันโดยการลดลงของ cryoscopic ขอบคุณที่โครงสร้างของมันสามารถยืนยันได้ อย่างน้อยก็จนกว่าจะมีการเสนอโครงสร้างสมมุติจำนวนโหล.

การผลิต

ก่อนหน้านี้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ได้เตรียมทางอุตสาหกรรมโดยการไฮโดรไลซิสของแอมโมเนียมเปอร์รอกไซด์ซัลเฟตซึ่งได้จากอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายแอมโมเนียมไบซัลเฟต (NH4HSO4) ในกรดซัลฟูริก.

ทุกวันนี้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์นั้นผลิตขึ้นโดยกระบวนการแอนทราควิโนนซึ่งเป็นทางการในปี 2479 และได้รับการจดสิทธิบัตรในปี 2482 โดยเริ่มจากการลดลงของแอนทราควิโนน (เช่น 2-ethylanthraquinone หรืออนุพันธ์ 2-amyl) anthrahydroquinone ที่เหมือนกันซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเกิดปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันบนตัวเร่งปฏิกิริยาแพลเลเดียม.

จากนั้นแอนโธไฮโดรควิโนนจะได้รับออโตออกซิเดชั่นเพื่อสร้างแอนทราควิโนนเริ่มต้นใหม่โดยมีไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เป็นผลพลอยได้ กระบวนการเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ได้รับการออกซิเดชั่นโดยการบีบอัดอากาศผ่านสารละลายแอนทราไซด์แบบทั่วไปเพื่อให้ออกซิเจนที่มีอยู่ในอากาศทำปฏิกิริยากับอะตอมไฮโดรเจนในห้องปฏิบัติการ (ของกลุ่มไฮดรอกซี) ทำให้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และสร้างใหม่ แอนทราค.

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์จะถูกสกัดออกมาและอนุพันธ์ของแอนทราควิโนนจะลดลงอีกครั้งกับสารประกอบ dihydroxy (anthracene) โดยใช้ก๊าซไฮโดรเจนเมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะ หลังจากรอบซ้ำ.

เศรษฐศาสตร์ของกระบวนการขึ้นอยู่กับขอบเขตขนาดใหญ่ในการรีไซเคิล quinone ที่มีประสิทธิภาพ (ซึ่งมีราคาแพง) ตัวทำละลายสกัดและตัวเร่งปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชัน.

คุณสมบัติของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์แสดงเป็นของเหลวสีน้ำเงินอ่อนในสารละลายเจือจางและไม่มีสีที่อุณหภูมิห้องมีรสขมเล็กน้อย มันมีความหนืดมากกว่าน้ำเล็กน้อยเนื่องจากพันธะไฮโดรเจนที่สามารถก่อตัวได้.

ถือว่าเป็นกรดอ่อน (PubChem, 2013) นอกจากนี้ยังเป็นสารออกซิไดซ์ที่แรงซึ่งรับผิดชอบการใช้งานส่วนใหญ่ของมันซึ่งนอกเหนือไปจากของจริงในฐานะที่เป็นสารออกซิแดนท์ก็คือสารฟอกขาว - สำหรับอุตสาหกรรมกระดาษ ที่อุณหภูมิต่ำมันทำตัวเหมือนผลึกแข็ง. 

เมื่อมันก่อตัวเป็น carbamide peroxide (CH6N2O3) (PubChem, 2011) มันมีการใช้ที่รู้จักกันดีพอ ๆ กับการฟอกสีฟันไม่ว่าจะบริหารมืออาชีพหรือในทางใดทางหนึ่ง. 

มีวรรณคดีมากมายเกี่ยวกับความสำคัญของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ในเซลล์ที่มีชีวิตเนื่องจากมันมีบทบาทสำคัญในการป้องกันสิ่งมีชีวิตจากโฮสต์ที่เป็นอันตรายนอกเหนือไปจากปฏิกิริยาออกซิเดชันทางชีววิทยาสังเคราะห์.

นอกจากนี้ยังมีหลักฐานเพิ่มเติม (PubChem, 2013) ว่าแม้ในระดับต่ำของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ในร่างกายนี้มีบทบาทพื้นฐานโดยเฉพาะอย่างยิ่งในสิ่งมีชีวิตที่สูงขึ้น ด้วยวิธีนี้ถือว่าเป็นตัวแทนการส่งสัญญาณโทรศัพท์มือถือที่สำคัญสามารถปรับเปลี่ยนเส้นทางการหดตัวและตัวกระตุ้นการเติบโต. 

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

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

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์จำนวนเล็กน้อยสามารถผลิตได้เองในอากาศ ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ไม่เสถียรและสลายตัวอย่างรวดเร็วไปสู่ออกซิเจนและน้ำปล่อยความร้อนในปฏิกิริยา. 

ถึงแม้ว่ามันจะไม่ติดไฟ แต่อย่างที่กล่าวไปแล้วมันเป็นสารออกซิไดซ์ที่ทรงพลัง (ATSDR, 2003) ซึ่งสามารถทำให้เกิดการเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเองเมื่อสัมผัสกับสารอินทรีย์. 

ในไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ออกซิเจน (Rayner-Canham, 2000) มีสถานะออกซิเดชันที่“ ผิดปกติ” เนื่องจากอะตอมของคู่ที่มีอิเลคโตรเนกาติวีแบบเดียวกันถูกผูกมัดดังนั้นจึงสันนิษฐานว่าคู่ของอิเล็กตรอนที่มีพันธะ 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 "การแยกส่วน" เป็นที่โปรดปรานทางเทอร์โมไดนามิกส์ แต่ก็ไม่ได้รับความนิยมจากจลนศาสตร์ แต่ (Rayner-Canham, 2000) จลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยานี้สามารถได้รับการสนับสนุนด้วยการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเช่นไอออนไอโอไดด์หรือไอออนโลหะทรานซิชันอื่น ๆ.

ตัวอย่างเช่นเอนไซม์ "catalase" ที่มีอยู่ในร่างกายของเราสามารถกระตุ้นปฏิกิริยานี้เพื่อที่จะทำลายเปอร์ออกไซด์ที่เป็นอันตรายที่อาจมีอยู่ในเซลล์ของเรา. 

ออกไซด์ทั้งหมดของกลุ่มอัลคาไลน์ทำปฏิกิริยาอย่างแรงกับน้ำเพื่อให้สารละลายที่สอดคล้องกันของไฮดรอกไซด์โลหะ แต่โซเดียมไดออกไซด์สร้างไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และไดออกไซด์ผลิตไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และออกซิเจนดังที่แสดงใน ปฏิกิริยาต่อไปนี้ (Rayner-Canham, 2000):

ข้อมูลที่น่าสนใจอื่น ๆ ที่เก็บรวบรวมจากไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์คือ: 

• มวลโมเลกุล: 34,017 กรัม / โมล
• ความหนาแน่น: 1.11 g / cm3 ที่ 20 ºCในการแก้ปัญหาที่ 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 แม้ว่าพันธะออกซิเจนกับออกซิเจนนั้นง่ายโมเลกุลก็มีสิ่งกีดขวางการหมุนค่อนข้างสูง (Wikipedia the Encyclopedia Libre, 2012) หากเราเปรียบเทียบมันกับตัวอย่างของอีเทนซึ่งเกิดจากการเชื่อมโยงอย่างง่าย. 

สิ่งกีดขวางนี้เกิดจากแรงผลักระหว่างไอออนคู่ของ oxygens ที่อยู่ติดกันและปรากฎว่าเปอร์ออกไซด์สามารถแสดง "atropisomers" ซึ่งเป็นสเตอริโอไอโซเมอร์ที่เกิดขึ้นเนื่องจากการหมุนรอบที่ยึดติดกันเป็นพันธะเดียว เพื่อการเปลี่ยนรูปแบบ steric หรือผู้มีส่วนร่วมคนอื่นพวกเขาสร้างกำแพงกั้นการหมุนที่สูงพอที่จะอนุญาตให้แยกผู้ตรวจสอบแต่ละคน. 

โครงสร้างของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์รูปแบบก๊าซและผลึกแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญและความแตกต่างเหล่านี้มีสาเหตุมาจากพันธะไฮโดรเจนที่ไม่มีอยู่ในรูปของก๊าซ. 

การใช้งาน

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

ที่ความเข้มข้นสูงมันถูกใช้ในอุตสาหกรรมเช่นการฟอกสิ่งทอและกระดาษเช่นเดียวกับเชื้อเพลิงสำหรับยานอวกาศการผลิตยางฟูและสารประกอบอินทรีย์. 

ขอแนะนำให้จัดการกับสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์แม้จะเจือจางด้วยถุงมือและอุปกรณ์ป้องกันดวงตาเพราะมันจะทำร้ายผิวหนัง. 

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

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์มีการประยุกต์ใช้ที่สำคัญในการคืนค่าภาพวาดเก่า (Rayner-Canham, 2000) เนื่องจากหนึ่งในเม็ดสีขาวส่วนใหญ่ที่ใช้คือตะกั่วขาวซึ่งจะสอดคล้องกับคาร์บอเนตพื้นฐานแบบผสมซึ่งมีสูตรเป็น Pb3 ( OH) 2 (C03) 2.

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

แอปพลิเคชั่นที่อยากรู้อยากเห็นอีกตัวเพื่อเน้น (Rayner-Canham, 2000) คือแอปพลิเคชั่นเพื่อเปลี่ยนรูปทรงของเส้นผมที่โจมตีสะพานไดซัลไฟด์อย่างถาวรว่าสิ่งนี้มีธรรมชาติโดยไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ สถาบันในปี 2473. 

จรวดและวัตถุระเบิดมีคุณสมบัติหลายอย่างเหมือนกัน (Rayner-Canham, 2000) ทั้งสองทำงานโดยปฏิกิริยาคายความร้อนอย่างรวดเร็วที่ผลิตก๊าซจำนวนมาก การขับออกของก๊าซนี้คือสิ่งที่ขับเคลื่อนจรวดไปข้างหน้า แต่ในกรณีของการระเบิดนั้นส่วนใหญ่เป็นคลื่นกระแทกที่เกิดจากการผลิตก๊าซซึ่งทำให้เกิดความเสียหาย. 

ปฏิกิริยาที่ใช้ในเครื่องบินขับเคลื่อนด้วยจรวดครั้งแรกใช้ส่วนผสมของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์กับไฮดราซีนซึ่งทั้งสองตอบสนองให้ก๊าซไนโตรเจนโมเลกุลและน้ำดังแสดงในปฏิกิริยาต่อไปนี้: 

เมื่อสรุปการรวมพลังของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์แต่ละตัวก็จะส่งผลให้พลังงานความร้อน 707 Kj / mol ถูกปล่อยออกมาสำหรับแต่ละโมลของไฮดราซีนที่บริโภคซึ่งหมายถึงปฏิกิริยาคายความร้อน.

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".

นอกเหนือจากการใช้งานทั้งหมดแล้วยังมีเหตุการณ์ในอดีตที่มีการใช้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เนื่องจากยังคงเป็นสารประกอบทางเคมีที่มีความเข้มข้นสูงและได้รับปฏิกิริยาสามารถนำไปสู่การระเบิดซึ่งหมายความว่าจำเป็นต้องมีอุปกรณ์ป้องกัน บุคคลในระหว่างการจัดการเช่นเดียวกับคำนึงถึงเงื่อนไขการจัดเก็บที่เพียงพอ.

การอ้างอิง

1. ATSDR (2003) สารพิษ - ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ สืบค้นเมื่อวันที่ 17 มกราคม 2017 จาก atsdr.cdc.gov.
2. นักวิทยาศาสตร์ชื่อดัง - Louis Jacques Thenard ค้นพบไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (2015) สืบค้น 17 มกราคม 2017 จาก humantouchofchemistry.com. 
3. López-Lázaro, M. (2007) บทบาทคู่ของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ในมะเร็ง: ความเป็นไปได้ที่เกี่ยวข้องกับการป้องกันมะเร็งด้วยเคมีบำบัดและการบำบัด จดหมายมะเร็ง, 252 (1), 1-8.  
4. PubChem (2011) ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ยูเรีย. 
5. PubChem (2013) ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ สืบค้น 15 มกราคม 2017.
6. Rayner-Canham, G. (2000) เคมีอนินทรีย์ (2a) การศึกษาของเพียร์สัน. 
7. วิกิพีเดียสารานุกรมเสรี (2012) ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ สืบค้นจาก wikipedia.org.