Nadtlenek wodoru

Nadtlenek wodoru
Ilustracja
Próbka 30% perhydrolu
Ogólne informacje
Charakterystyka fizyczna
bezbarwna, syropowata ciecz[1]
Wzór Hilla

H2O2

Inne wzory

HO−OH, H−O−O−H

Masa molowa

34,01 g/mol

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, H2O2 – 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

Układ wiązań O−O−H wokół atomów tlenu w cząsteczce H2O2 jest nieliniowy (podobnie jak układ H−O−H w wodzie), ponadto atomy H−O−O−H tworzą kąt dwuścienny (w fazie stałej około 90°).

Otrzymywanie

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

BaO2 + H2SO4 → BaSO4 + H2O2

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:

(CH3)2CHOH + O2 → (CH3)2C=O + H2O2

Reakcja ma przebieg wolnorodnikowy i nie wymaga dodatkowych katalizatorów, gdyż jest katalizowana przez H2O2 (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 H2O2 do kwasów karboksylowych, co wyklucza ich wykorzystanie w tym procesie[7].

Nadtlenek wodoru można też otrzymywać metodą elektrolityczną z H2SO4 lub NH4HSO4[7]:

2H2SO4 → H2S2O8 + H2↑
2NH4HSO4 → (NH4)2S2O8 + H2↑

W obu przypadkach H2O2 uzyskuje się następnie przez hydrolizę[7]:

S2O82− + 2H2O → 2HSO4− + H2O2

W Polsce jedynym producentem nadtlenku wodoru są należące do Grupy Azoty Zakłady Azotowe „Puławy” SA. Funkcjonująca od 1995 roku instalacja zapewnia produkcję na poziomie 10 tysięcy ton rocznie. W roku 1997 dobudowano instalację do oczyszczania oraz zatężania nadtlenku wodoru wg technologii szwajcarskiej firmy Sulzer Chemtech, poszerzając tym samym ofertę o nowe stężenia nadtlenku wodoru. Od 2015 roku stabilizowane roztwory wodne nadtlenku wodoru wytwarzane w puławskich zakładach są dopuszczone do sprzedaży na rynkach UE w stężeniach 35%, 49,5%, 50% i 60%, zgodnie z obowiązującymi przepisami. Produkt jest eksportowany na rynki zagraniczne do krajów takich jak Litwa, Łotwa, Słowacja czy Węgry[9].

Właściwości

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[10]):

H2O2 → H2O + 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.

2H2O2(aq) → 2H2O(c) + O2(g)

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

Jej rozkład katalizują też jodki[11], przy czym H2O2 utlenia I− do I2[12][13], a reakcja H2O2 z jodem (lub jodanami) ma charakter reakcji oscylacyjnej[14]:

5H2O2 + I2 → 2HIO3 + 4H2O
5H2O2 + 2HIO3 → I2 + 6H2O + 5O2↑

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 (Na2CO3·1,5H2O2, tak zwany nadwęglan sodu) jest natomiast względnie trwały i bezpieczny w użyciu[15].

Nadtlenek wodoru wykazuje słabe właściwości kwasowe. W roztworach wodnych ulega on dysocjacji według równania[16]:

H2O2 + H2O → H3O+ + H−O−O− (K = 0,5×10−12)

Właściwości utleniająco/redukujące

Wobec reduktorów nadtlenek wodoru zachowuje się jak utleniacz (O−I → O−II), na przykład[16]:

NH2OH + 3H2O2 → HNO3 + 4H2O

Wobec utleniaczy wykazuje właściwości redukujące (O−I → O0), między innymi w reakcji z nadmanganianem potasu w środowisku kwaśnym[16]:

2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4 → 2MnSO4 + 5O2 + K2SO4 + 8H2O

lub z solami srebra(I) w środowisku zasadowym[16]:

2AgNO3 + H2O2 + 2KOH → 2Ag + O2 + 2H2O + 2KNO3

Właściwości biologiczne

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

Najczęstszą postacią handlową jest tak zwany perhydrol, czyli jego 30% roztwór wodny, oraz roztwór 3%, nazywany wodą utlenioną[10].

Woda utleniona (roztwór 3%)

Jest stosowana do odkażania powierzchownych ran, a po rozcieńczeniu wodą, w stosunku około 1:50, do płukania jamy ustnej w stanach zapalnych[17][18]. 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[19], a samo stosowanie wody utlenionej do odkażania ran ma wady[19]. Woda utleniona ma naturalne właściwości hemolityczne, a ponadto może prowadzić do oddzielania się świeżego nabłonka od ziarniny w miejscu zranienia[19]. Właściwości bakteriobójcze wody utlenionej przy opatrywaniu zranień są słabe i krótkotrwałe[19], a stosowanie jej nie zmniejsza ryzyka zakażenia[20][21], a w pewnych przypadkach może opóźnić gojenie się zranień[22][23]. 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)[20]. Z tego powodu woda utleniona może co najwyżej wspomagać opatrywanie zranień obficie pokrytych zaschniętą lub zakrzepłą krwią, w czym pomagać mają jej właściwości hemolityczne[19].

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[24].

Wybielacz (roztwory 3–15%)

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%)

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 80–98%)

Nadtlenek wodoru o stężeniu 80–98% stosowany jest jako utleniacz paliwa rakietowego oraz paliwa do okrętów podwodnych z turbiną Waltera[25]. Roztwór 60% był używany już podczas II wojny światowej przez Niemców w rakietach V-2[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[26]. Obecnie jest stosowany jako utleniacz na rakietach suborbitalnych ILR-33 Bursztyn[27] oraz Nucleus[28].

Wyciek wysoko skoncentrowanego do wartości między 85% a 98% nadtlenku wodoru (noszącego w takim stężeniu angielską nazwę high test peroxide – HTP), używanego jako utleniacz dla paliwa w przenoszonych przez okręt podwodny „Kursk” ciężkich torpedach przeciwokrętowych 65-76 Kit był w 2000 roku przyczyną wybuchu na tym okręcie, który następnie zatonął wraz z całą 118-osobową załogą[29].

Zobacz też

Przypisy

  1. 1 2 3 4 5 Podręczny słownik chemiczny, Romuald Hassa (red.), Janusz Mrzigod (red.), Janusz Nowakowski (red.), Katowice: Videograf II, 2004, s. 259–260, ISBN 83-7183-240-0, OCLC 749698778.
  2. 1 2 3 4 5 Hydrogen peroxide 60% or more, [w:] GESTIS-Stoffdatenbank [online], Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung, ZVG: 002430 [dostęp 2022-02-06] (niem. • ang.).
  3. ↑ Małgorzata Galus, Tablice chemiczne, Warszawa: Wydawnictwo Adamantan, 2008, s. 171–170, ISBN 978-83-7350-105-8.
  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. 1 2 3 Adam Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, wyd. 5, Warszawa: PWN, 2002, s. 606–607, ISBN 83-01-13654-5.
  7. 1 2 3 4 5 Gustaaf Goor, Jürgen Glenneberg, Sylvia Jacobi, Hydrogen Peroxide, [w:] Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Weinheim: Wiley‐VCH, 2007, DOI: 10.1002/14356007.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. ↑ Magdalena Korol, Elżbieta Sikora, Preparaty do mycia o działaniu przeciwdrobnoustrojowym na bazie nadtlenku wodoru, „Przemysł Chemiczny”, 101 (9), SIGMA-NOT, 2022, s. 670, DOI: 10.15199/62.2022.9.6, ISSN 0033-2496 [dostęp 2022-12-06].
  10. 1 2 nadtlenek wodoru, [w:] Encyklopedia techniki. Chemia, Władysław Gajewski (red.), Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1965, s. 449, OCLC 33835352.
  11. ↑ Robert G. Mortimer, Physical Chemistry, wyd. 3, Elsevier, 2008, s. 506, ISBN 978-0-12-370617-1 (ang.).
  12. ↑ Geoff Rayner-Canham, Tina Overton, Descriptive Inorganic Chemistry, W.H. Freeman and Company, 2010, s. 424, ISBN 978-1-4292-2434-5 (ang.).
  13. ↑ C. Chambers, A.K. Holliday, Modern Inorganic Chemistry, Butterworths, 1975, s. 280 (ang.).
  14. ↑ Norman N. Greenwood, Alan Earnshaw, Chemistry of the Elements, wyd. 2, Oxford–Boston: Butterworth-Heinemann, 1997, s. 865, DOI: 10.1016/C2009-0-30414-6, ISBN 0-7506-3365-4 (ang.).
  15. ↑ R.G. Pritchard, E. Islam, Sodium percarbonate between 293 and 100 K, „Acta Crystallographica”, B59, 2003, s. 596–605, DOI: 10.1107/S0108768103012291.
  16. 1 2 3 4 Philip John Durrant, Bryl Durrant, Zarys współczesnej chemii nieorganicznej, Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1965, s. 914–917.
  17. ↑ Woda utleniona 3% – opis produktu [online], Supple.pl [dostęp 2014-12-26].
  18. ↑ Woda utleniona 3% – opis produktu [online], Doz.pl [dostęp 2011-06-08].
  19. 1 2 3 4 5 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.).
  20. 1 2 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.).
  21. ↑ 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, DOI: 10.1016/0002-9610(81)90358-5, PMID: 7283035 (ang.).
  22. ↑ G.W. Thomas, L.T. Rael, R. Bar-Or, R. Shimonkevitz, C.W. Mains, Mechanisms of delayed wound healing by commonly used antiseptics, „J Trauma”, 66 (1), 2009, s. 82–91, DOI: 10.1097/TA.0b013e31818b146d, PMID: 19131809 (ang.).
  23. ↑ 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, PMID: 1090959 (ang.).
  24. ↑ Questionable methods of cancer management: hydrogen peroxide and other ‘hyperoxygenation’ therapies, „CA Cancer J Clin”, 43 (1), s. 47–56, DOI: 10.3322/canjclin.43.1.47, PMID: 8422605 (ang.).
  25. ↑ U-Boot Typ XVII (Versuchsboote), [w:] Lexikon der Wehrmacht [online] [dostęp 2025-04-17] (niem.).
  26. ↑ Syncom 1, [w:] NASA Space Science Data Coordinated Archive [online] [dostęp 2022-02-06] (ang.).
  27. ↑ Dawid Cieśliński, Tomasz Noga, Arthur Pazik, Polish civil rockets’ development overview, [w:] Obronność RP XXI wieku w teorii i praktyce, Dęblin: Wydawnictwo Lotniczej Akademii Wojskowej, 2021, s. 61–102, ISBN 978-83-66514-32-4 [dostęp 2025-04-17] (ang.).
  28. ↑ Nucleus: A Very Different Way to Launch into Space [online], Nammo [dostęp 2022-02-06] (ang.).
  29. ↑ Martin Bright, What really happened to Russia’s ‘unsinkable’ sub [online], The Guardian, 5 sierpnia 2001 [dostęp 2023-04-15] [zarchiwizowane z adresu 2023-02-09] (ang.).

Przeczytaj ostrzeżenie dotyczące informacji medycznych i pokrewnych zamieszczonych w Wikipedii.

This article is issued from Wikipedia. The text is available under Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 unless otherwise noted. Additional terms may apply for the media files.