Hidrogén-peroxid

Hidrogén-peroxid
A hidrogén-peroxid molekula szerkezete	A hidrogén-peroxid molekula golyós-pálcikás modellje
Kémiai azonosítók
CAS-szám	7722-84-1
RTECS szám	MX0900000
ATC kód	A01AB02, D08AX01 S02AA06
Gyógyszer szabadnév	hydrogen peroxide
Gyógyszerkönyvi név	Hydrogenii peroxidum
Kémiai és fizikai tulajdonságok
Kémiai képlet	H2O2
Moláris tömeg	34,0147 g·mol^−1
Megjelenés	halványkék színű, oldatban színtelen
Sűrűség	1,4 g·cm^−3 (folyadék)
Olvadáspont	−0,43 °C[1] −11 °C[2] −33 °C[3]
Forráspont	150,2 °C[1] 141 °C[2] 108 °C[3]
Oldhatóság (vízben)	elegyedik
Savasság (pKa)	11,65
Viszkozitás	1,245 cP (20 °C-on)
Kristályszerkezet
Dipólusmomentum	2,26 D
Veszélyek
MSDS	30% hydrogen peroxide msds 60% hydrogen peroxide msds
Főbb veszélyek	Oxidáló (O), maró (C)[4]
NFPA 704	0 3 1 OX
R mondatok	R5, R8, R20/22, R35[4]
S mondatok	(S1/2), S17, S26, S28, S36/37/39, S45[4]
Lobbanáspont	nem gyúlékony
LD50	376 mg/kg (patkány, szájon át)[5]
Rokon vegyületek
Rokon vegyületek	víz ózon hidrazin
Ha másként nem jelöljük, az adatok az anyag standardállapotára (100 kPa) és 25 °C-os hőmérsékletre vonatkoznak.

A hidrogén-peroxid halványkék színű, folyékony halmazállapotú szervetlen vegyület. Gyenge sav, és erős oxidálószer.

Fizikai tulajdonságai

Halványkék színű, oldatban színtelen, sűrű, szagtalan, keserű, nem éghető folyadék, gőze irritálja a szemet és az orrot. Sűrűsége a víznél másfélszer nagyobb (1456 kg/m³). Forráspontja azonban közvetlenül nem határozható meg, mert magasabb hőmérsékleten bomlékony. Vízzel minden arányban elegyedik.^[2]

Molekulaszerkezet

A hidrogén-peroxid molekulája a vízhez hasonlóan erősen poláris, molekulái között hidrogénkötések alakulnak ki, ez okozza aránylag magas olvadás- és forráspontját. Molekulájában a két O-atom közvetlenül, peroxokötéssel kapcsolódik egymáshoz, másik párosítatlan elektronjuk pedig egy-egy hidrogénatommal alkot kötést. A peroxokötés elég gyenge, kötési energiája nem nagy, ezért a hidrogén-peroxid erősen bomlékony. Bomlásakor hőfejlődés közben víz és oxigén keletkezik:

2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂

Kémiai tulajdonságai

Vizes oldatai is bomlékonyak, és 30%-osnál nagyobb töménység esetében robbanásveszélyesek. A tiszta, alacsony hőmérsékletű hidrogén-peroxid bomlása aránylag lassú. A reakciósebességet nagy felületű szilárd anyagok, különösen nehézfémek és sóik növelik, vagyis katalizátorként viselkednek. Még az üvegfelület is gyengén katalizálólag hat rá, ezért tiszta, tömény oldatát polietilén, vagy paraffinnal bevont üvegedényben tárolják.

-O-O- csoportot tartalmazó vegyület. Általában különböző koncentrációjú vizes oldatban kerül kereskedelmi forgalomba. Erélyes oxidálószer, esetenként redukálószer. Könnyen bomlik, hőfejlődés kíséretében. Ruhán vagy más éghető szerves anyagon megszáradva tüzet okozhat. Hő, napfény és szerves anyagok hatására bomlik. A teljesen tiszta, szennyeződésmentes oldat stabil, elektromosan semleges. Gyenge sav, pH-ja 6,2.^[6]

Reakciók

Bomlás:

2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂

Oxidálószer: a halogenideket halogénné oxidálja:

2 I⁻ + H₂O₂ + 2 H⁺ → I₂ + 2 H₂O

→jodidokból jódot tesz szabaddá. E reakciólépésnek központi jelentősége van a látványos Briggs-Rauscher^[7] és Bray-Liebhafsky^[8][9] oszcilláló reakciókban.

Redukálószerként is viselkedhet: Kálium-permanganátból oxigént fejleszt:

2 MnO₄⁻ + 5 H₂O₂ + 6 H⁺ → 2 Mn²⁺ + 8 H₂O + 5 O₂

→így is lehet laboratóriumban oxigént fejleszteni

szulfidokat szulfáttá oxidálja

PbS + 4 H₂O₂ → PbSO₄ + 4 H₂O

→a fekete ólom-szulfidot fehér ólom-szulfáttá oxidálja

Erős oxidáló hatása miatt fertőtlenítőszer és színtelenítőszer; használják például hajszőkítésre, fogfehérítésre. Mivel oxidáció során csak „környezetbarát” termékek keletkeznek, a modern vegyiparban egyre elterjedtebben használják más, környezetvédelmi szempontból károsabb oxidálószerek kiváltására.^[10][11]

Előállítás

Háztartásban könnyen előállítható Hyperol tabletta ‒ amely valójában karbamidba ágyazott hidrogén-peroxid ‒ vízben történő feloldása során. Természetesen különböző töménységű oldatokat kaphatunk, függően a víz mennyiségétől, valamint attól, hogy hány tablettát oldottunk fel. Több területen is alkalmazhatjuk az előállított oldatunkat, akárcsak háztartási eszközök fertőtlenítésére például. Ezenkívül számtalan területen használhatjuk fertőtlenítő tulajdonságát.

Eredetileg bárium-peroxid híg kénsavval való reakciója során állították elő:

BaO₂ + H₂SO₄ → BaSO₄ + H₂O₂

Korábban az iparban közepesen tömény kénsav elektrolízisével gyártották

H₂SO₄ → H⁺ + HSO−4

A katódon redukálódó hidrogén-szulfát-ionok (HSO−4 → HSO₄^• + e⁻) egymással peroxo-dikénsavvá egyesülnek:

2 HSO₄^• → H₂S₂O₈

A peroxo-dikénsav vizes oldata pedig 80-100 °C-on kénsavra és hidrogén-peroxidra hidrolizál:

H₂S₂O₈ + 2 H₂O → 2 H₂SO₄ + H₂O₂

Az így gyártott hidrogén-peroxid azonban rendkívül drága volt, mely általános elterjedését gátolta.

Napjainkban szinte kizárólag antrahidrokinon oxigénnel való reakciójával állítják elő (antrahidrokinon-oldatba levegőt buborékoltatva). Ekkor első lépésben oxigén addícionál az antrahidrokinonra, és ez a labilis köztitermék híg sav hatására hidrogén-peroxid és antrakinon képződése közben bomlik. A hidrogén-peroxidot extrakcióval elválasztják, desztillációval tisztítják és töményítik, az antrakinont pedig hidrogénnel, katalizátor jelenlétében visszaalakítják a kiindulási antrahidrokinonná. Az antrakinon tehát folyamatosan újra felhasználásra kerül, végső soron ezzel az eljárással hidrogénből és oxigénből közvetlenül hidrogén-peroxid nyerhető. A folyamatban a hidrogén-peroxid és az antrakinon elválasztását oldószeres extrakcióval végzik, ezért nem a vízben viszonylag jól oldódó antrahidrokinont használják, hanem ennek hidrofób, hosszabb-rövidebb alkilcsoporttal ellátott származékát (leggyakrabban a 2-etil-antrahidrokinont), mely szinte veszteség nélkül elválasztható a hidrogén-peroxidtól.

Ezt a módszert Riedl–Pfleiderer-eljárásnak nevezik.^[12][13]

Hidrogén-peroxid ipari szintézise Riedl-Pfleiderer eljárással

Intenzív kutatások irányulnak a hidrogén-peroxid elektrokémiai úton történő előállítására.^{[14][15][16][17]}

1994-ben a világtermelés 1,9 millió tonna volt, ez 2006-ra 2,2 millió tonnára nőtt.^[18] Ipari célra leginkább 30-70%-os oldatokat forgalmaznak. 2006-ban a 30%-os oldat nagykereskedelmi ára 0,54 USD/kg volt, Magyarországon 1 m³-es mennyiségben ára 2010-ben 90–100 HUF/kg körül volt.

Felhasználás

• színtelenítő- és fehérítőszer, számos tisztítószer tartalmazza származékait
• klórmentes fertőtlenítőkben
• laboratóriumban oxidálószerként
• kőolajszármazékok^{[19] [20][21]} kéntelenítésénél oxidálószerként
• vegyiparban környezetbarát technológiákban oxidálószerként^[22][23]
• szennyvizek ártalmatlanítására
• az orvosi és gyógyszerészi gyakorlatban antiszeptikumként, dezinficiáló- és szagtalanító gyógyszerként alkalmazzák.^[24][25]
• a vízmentes hidrogén-peroxidot lökhajtásos (sugárhajtású) repülőgépek, rakéták^[26] üzemanyagaként használják.
• hajfestékekhez

Jegyzetek

1. William M. Haynes. CRC Handbook of Chemistry and Physics, 97th edition, Boca Raton: CRC Press, 4-65. o. (2016). ISBN 978-1-4987-5429-3 
2. The National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) – Hydrogen peroxide. (Hozzáférés: 2021. november 30.)
3. Hydrogen peroxide. go.drugbank.com. (Hozzáférés: 2021. november 30.)
4. A hidrogén-peroxid (ESIS)^{[halott link]}
5. A hidrogén-peroxid vegyülethez tartozó bejegyzés az IFA GESTIS adatbázisából. A hozzáférés dátuma: 2010. december 27. (JavaScript szükséges) (angolul)
6. What is the pH of H2O2 solutions? | H2O2.com – US Peroxide – Technologies for Clean Environment. [2013. május 13-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2013. július 18.)
7. L.I. Csepei, Cs. Bolla (2015). „Is Starch Only a Visual Indicator for Iodine in the Briggs-Rauscher Oscillating Reaction?”. Studia Univ. Babes-Bolyai Chemia 60 (2), 187-200. o. 
8. Stanisavljev, Dragomir, Kristina (2016. június 1.). „Determination of iodate ion in the presence of hydrogen peroxide with the stopped-flow technique” (angol nyelven). Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis 118 (1), 143–151. o. DOI:10.1007/s11144-016-0977-x. ISSN 1878-5204. 
9. Pejić, Nataša, Jelena (2016. június 1.). „Dynamic transitions in the Bray–Liebhafsky oscillating reaction. Effect of hydrogen peroxide and temperature on bifurcation” (angol nyelven). Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis 118 (1), 15–26. o. DOI:10.1007/s11144-016-0984-y. ISSN 1878-5204. 
10. Xie, Lulu, Bin (2018. december 1.). „Highly selective oxidation of styrene to benzaldehyde over Fe3O4 using H2O2 aqueous solution as oxidant” (angol nyelven). Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis 125 (2), 743–756. o. DOI:10.1007/s11144-018-1429-6. ISSN 1878-5204. 
11. Jin, Manman, Xiaoping (2018. december 1.). „Tungsten-based organic mesoporous SBA-15 materials: characterization and catalytic properties in the oxidation of cyclopentene to glutaric acid with H2O2” (angol nyelven). Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis 125 (2), 1139–1157. o. DOI:10.1007/s11144-018-1486-x. ISSN 1878-5204. 
12. 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. o. DOI:10.1002/anie.200503779. 
13. H. Riedl and G. Pfleiderer, U.S. Patent 2,158,525 (October 2, 1936 in USA, and October 10, 1935 in Germany) to I. G. Farbenindustrie, Germany
14. https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2022/gc/d2gc02575b
15. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0926337321009735
16. (2019) „Electrochemical synthesis of hydrogen peroxide from water and oxygen”. Nature Reviews Chemistry (3), 442–458. o. 
17. Gyenge, E.L. (2003. augusztus 1.). „Electrosynthesis of hydrogen peroxide in acidic solutions by mediated oxygen reduction in a three-phase (aqueous/organic/gaseous) system Part I: Emulsion structure, electrode kinetics and batch electrolysis” (angol nyelven). Journal of Applied Electrochemistry 33 (8), 655–663. o. DOI:10.1023/A:1025082709953. ISSN 1572-8838. 
18. Ronald Hage, Achim Lienke (2005). „Applications of Transition-Metal Catalysts to Textile and Wood-Pulp Bleaching”. Angewandte Chemie International Edition 45 (2), 206–222. o. DOI:10.1002/anie.200500525. 
19. Ghubayra, Reem, Sophie (2019. szeptember 15.). „Oxidative desulfurization of model diesel fuel catalyzed by carbon-supported heteropoly acids” (angol nyelven). Applied Catalysis B: Environmental 253, 309–316. o. DOI:10.1016/j.apcatb.2019.04.063. ISSN 0926-3373. 
20. Alvarez-Amparán, Marco A., Maria A. (2017. december 1.). „Relationship between the catalytic activity and Mo–V surface species in bimetallic catalysts for the oxidative desulfurization of dibenzothiophenic compounds” (angol nyelven). Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis 122 (2), 869–885. o. DOI:10.1007/s11144-017-1237-4. ISSN 1878-5204. 
21. Bibak, Fatemeh (2020. december 1.). „Oxidative desulfurization of model oil and oil cuts with MoO3/SBA-15: experimental design and optimization by Box–Behnken method” (angol nyelven). Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis 131 (2), 935–951. o. DOI:10.1007/s11144-020-01852-2. ISSN 1878-5204. 
22. Horová, Dorota, Lenka (2020. augusztus 1.). „Synthesis of MFI structured iron silicates and their catalytic performance in phenol removal by wet peroxide oxidation” (angol nyelven). Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis 130 (2), 1077–1092. o. DOI:10.1007/s11144-020-01804-w. ISSN 1878-5204. 
23. Lewandowski, Grzegorz, Agnieszka (2021. április 1.). „Epoxidation of 1,5,9-cyclododecatriene with hydrogen peroxide under phase-transfer catalysis conditions: influence of selected parameters on the course of epoxidation” (angol nyelven). Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis 132 (2), 983–1001. o. DOI:10.1007/s11144-021-01960-7. ISSN 1878-5204. 
24. Linley, Ezra, Gerald (2012. július 1.). „Use of hydrogen peroxide as a biocide: new consideration of its mechanisms of biocidal action”. The Journal of Antimicrobial Chemotherapy 67 (7), 1589–1596. o. DOI:10.1093/jac/dks129. ISSN 1460-2091. PMID 22532463. 
25. WHO-recommended handrub formulations. 2009. Hozzáférés: 2023. január 5.  
26. „ISRO working on green fuels like hydrogen peroxide for rockets”, The Economic Times (Hozzáférés: 2023. január 5.) 

Források

• A hidrogén és vegyületei^{[halott link]}