Peroxid vodíku
Většina lidí zná peroxid vodíku jako sloučeninu, která bělí vlasy. Lze jej také použít k dezinfekci vody.
Kdy byl peroxid vodíku objeven?
Louis Jacque Thenard objevil peroxid vodíku v roce 1818. Peroxid vodíku se skládá z atomů kyslíku a vodíku. Ty se nacházejí všude na Zemi. Peroxid vodíku obsahuje kombinaci dvou atomů vodíku a dvou atomů kyslíku.
V životním prostředí se peroxid vodíku vyskytuje ve velmi nízkých koncentracích. Plynný peroxid vodíku vzniká fotochemickými reakcemi v atmosféře obklopující Zemi. V malém množství se vyskytuje také ve vodě.
Jaké jsou vlastnosti peroxidu vodíku?
Peroxid je chemická sloučenina, která obsahuje peroxidový ion (O22-).
Peroxidový ion se skládá z jediné vazby mezi dvěma atomy kyslíku: (O-O)2-. Je silným oxidačním činidlem.
Peroxid vodíku má chemický vzorec H2O2 a následující strukturní vzorec:
H-O-O-H
Molekula peroxidu vodíku obsahuje oproti stabilnější molekule vody jeden atom kyslíku navíc. Vazba mezi dvěma atomy kyslíku, tzv. peroxidová vazba, je přerušena, přičemž vznikají dva H-O radikály. Tyto radikály rychle reagují s jinými látkami, přičemž vznikají nové radikály a dochází k řetězové reakci. Roztoky peroxidu vodíku vypadají jako voda a lze je bez omezení rozpouštět ve vodě. Při vysokých koncentracích tyto roztoky vydávají dráždivý, kyselý zápach. Peroxid vodíku je hořlavý. Při nízkých teplotách se stává pevným. Množství peroxidu vodíku v roztoku se vyjadřuje v hmotnostních procentech. Pro úpravu vody se používají koncentrace 35 nebo 50 % peroxidu vodíku.
Selektivita
Peroxid vodíku se používá pro různé aplikace, protože je velmi selektivní. Změnou reakčních podmínek (teplota, pH, dávka, reakční doba a přídavek katalyzátoru) peroxid vodíku napadá různá znečištění.
Korózní působení peroxidu vodíku
Korozní působení peroxidu vodíku na technologickou vodu závisí na množství vzniklého rozpuštěného kyslíku. Kyslík způsobuje korozi kovů obsahujících železo. Množství železa a pH mají na korozivitu větší vliv než koncentrace peroxidu vodíku.
Destrukce peroxidu vodíku
Peroxid vodíku se může během přepravy rozpadat. Uvolňuje se kyslík a teplo. Peroxid vodíku je sám o sobě zápalný, ale kyslík může zesílit zápal jiných látek. Ve zředěných roztocích je teplo absorbováno vodou. V koncentrovaných roztocích se zvyšuje teplota roztoku, což urychluje destrukci peroxidu vodíku. Rychlost destrukce se násobí koeficientem 2,2 na každých 10 °C zvýšení teploty. Alkalita a přítomnost znečištění rovněž urychlují destrukci peroxidu vodíku.
Pro výrobu peroxidu vodíku se používají speciální katalyzátory, které zajišťují, aby peroxid vodíku nebyl zničen znečišťujícími látkami ve vodě.
Jak se vyrábí peroxid vodíku?
Od roku 1880 je peroxid vodíku komerčním produktem. Poprvé byl vyroben ve Velké Británii spalováním barnaté soli (Ba), čímž vznikl peroxid barnatý (BaO2). Následně byl peroxid barnatý rozpuštěn ve vodě a vznikl peroxid vodíku. Od 19. století se výroba peroxidu vodíku značně rozšířila. V současné době se ročně vyrobí přibližně půl miliardy kilogramů.
Jak se peroxid vodíku přepravuje a skladuje?
Peroxid vodíku se musí přepravovat v polyethylenových, nerezových nebo hliníkových nádobách. Při styku peroxidu vodíku s hořlavými látkami, jako je dřevo, papír, olej nebo bavlna (celulóza), může dojít k samovznícení. Při smísení peroxidu vodíku s organickými látkami, jako jsou alkoholy, aceton a jiné ketony, aldehydy a glycerol, může dojít k silným výbuchům.
Při styku peroxidu vodíku s látkami, jako jsou železo, měď, chrom, olovo, stříbro, mangan, sodík, draslík, hořčík, nikl, zlato, platina, metaloidy, oxidy kovů nebo soli kovů, může dojít k silným výbuchům. Proto se peroxid vodíku obvykle přepravuje ve zředěné formě.
Jaké jsou aplikace peroxidu vodíku?
Nejstarší známou aplikací peroxidu vodíku bylo bělení slaměných klobouků, které byly módní na počátku dvacátého století. V letech 1920 až 1950 se peroxid vodíku vyráběl elektrolýzou. Touto metodou se vyráběl čistý peroxid vodíku. V současné době se k výrobě peroxidu vodíku používají samooxidační procesy. Při těchto procesech je surovinou vodík.
Všestrannost peroxidu vodíku
Peroxid vodíku je všestranný, lze jej použít pro mnoho aplikací. Lze jej použít ve všech prostředích; ve vzduchu, vodě, odpadních vodách a půdě. Někdy se používá v kombinaci s dalšími činidly, ke zlepšení a urychlení procesů. Peroxid vodíku se nejčastěji používá k odstraňování znečišťujících látek z odpadních vod a ze vzduchu. Zpochybňuje růst bakterií (například biologické zanášení vodních systémů) a může zvýšit růst bakterií (například biologická sanace znečištěných půd a podzemních vod) přidáním kyslíku. Lze jej také použít k úpravě znečištění, které lze snadno oxidovat (například železo a sulfidy), a znečištění, které se oxiduje obtížně (například rozpuštěné pevné látky, benzín a pesticidy).
Nakonec jej lze použít k bělení papíru, textilu, zubů a vlasů nebo k výrobě potravin, minerálů, petrochemických látek nebo pracího prášku. V čisté formě se peroxid vodíku používá jako zdroj kyslíku pro pohon ruských ponorek.
Může se peroxid vodíku používat jako okysličovadlo?
Peroxid vodíku je silný oxidant. Je silnější než chlor (Cl2), oxid chloričitý (ClO2) a manganistan draselný (KMnO4). Katalýzou lze peroxid vodíku přeměnit na hydroxyradikály (OH). Oxidační potenciál peroxidu vodíku je těsně pod oxidačním potenciálem ozonu.
Tabulka 1: Oxidační potenciály různých oxidantů
| Oxidant | Oxidační potenciál |
| fluoru | 3,0 |
| hydroxyradikály | 2,8 |
| ozon | 2,1 |
| peroxid vodíku | 1,8 |
| manganistan draselný | 1,7 |
| oxid chloričitý | 1,5 |
| chlor | 1,4 |
Jak se dávkuje peroxid vodíku?
Většina aplikací peroxidu vodíku spočívá ve vstřikování peroxidu vodíku do tekoucí vody. Nejsou zapotřebí žádné další chemikálie ani zařízení. Tato aplikace se používá k regulaci biologického růstu, k přidání kyslíku, k odstranění zbytků chloru a k oxidaci sulfidů, siřičitanů, kovů a dalších snadno oxidovatelných materiálů. Vhodnost peroxidu vodíku pro tyto aplikace je ovlivněna pH, teplotou a reakční dobou.
Katalytický peroxid vodíku
Znečištění, která se nesnadno oxidují, vyžadují aktivaci peroxidu vodíku katalyzátory (železo, mangan nebo jiné metaloidy). Tyto katalyzátory lze také použít k posílení reakcí peroxidu vodíku, které by jinak trvaly hodiny nebo dny.
Co jsou pokročilé oxidační procesy?
Pokročilé oxidační procesy představují nový vývoj v oblasti dezinfekce peroxidem vodíku. Tyto procesy produkují reaktivní kyslíkové radikály bez zásahu kovových katalyzátorů. Příkladem je kombinace peroxidu vodíku s ozonem (peroxonem) nebo ultrafialovým světlem. Výsledkem těchto metod je dalekosáhlá oxidace obtížně rozložitelných látek bez vzniku zbytků nebo kalů. Tyto metody se celosvětově používají k úpravě podzemních vod, k úpravě pitné a technologické vody a k dezinfekci a odstraňování organických látek z průmyslových odpadních vod.
Jak funguje dezinfekce peroxidem vodíku?
Mimo jiné se peroxid vodíku používá jako dezinfekční prostředek. Používá se k léčbě zánětů dásní a k dezinfekci (pitné) vody. Používá se také proti nadměrnému růstu mikroorganismů ve vodovodních systémech a chladicích věžích.
V USA se peroxid vodíku stále častěji používá k úpravě individuálních zdrojů vody. Používá se k zabránění vzniku zabarvení, chuti, koroze a usazování vodního kamene rozkladem znečištění (železo, mangan, sírany) a rozkladem mikroorganismů. Peroxid vodíku reaguje velmi rychle. Poté se rozpadá na vodík a vodu, aniž by vznikaly vedlejší produkty. Tím se zvyšuje množství kyslíku ve vodě.
Dezinfekční mechanismus peroxidu vodíku je založen na uvolňování volných kyslíkových radikálů:
H2O2 → H2O + O2
Znečištění se rozkládá volnými kyslíkovými radikály a zůstává pouze voda. Volné radikály mají oxidační i dezinfekční schopnosti. Peroxid vodíku likviduje bílkoviny oxidací.
Peroxidy, jako je peroxid vodíku (H2O2), perboritan, peroxifosforečnan a persulfát, jsou dobré dezinfekční a oxidační prostředky. Obecně mohou dostatečně odstranit mikroorganismy. Tyto peroxidy jsou však velmi nestabilní.
Perboritany jsou velmi toxické. Kyselina peroctová (PAA) je silná kyselina. Ve své čisté formě může být velmi agresivní. Stabilizované persírany lze použít jako náhradu chloru při čištění odpadních vod.
Používá se peroxid vodíku k dezinfekci pitné vody?
V 50. letech 20. století byl peroxid vodíku poprvé použit k dezinfekci pitné vody ve východní Evropě. Je známý svou vysokou oxidační a biocidní účinností. Peroxid vodíku se pro dezinfekci pitné vody nepoužívá často, ale zdá se, že jeho obliba roste. Často se používá v kombinaci s ozonem, stříbrem nebo UV zářením.
Používá se peroxid vodíku k dezinfekci bazénů?
Použití peroxidů pro dezinfekci a úpravu vody je omezené. V poslední době byly vyvinuty stabilnější formy, které lze použít pro aplikaci v bazénech.
Dezinfekce peroxidem vodíku vyžaduje vysoké dávky. Hlavní nevýhodou je malá dezinfekční a oxidační schopnost peroxidu vodíku při aktivních koncentracích (desítky miligramů na litr), které jsou potřebné pro dezinfekci plaveckých bazénů. Dalším problémem je rychlý rozklad peroxidu vodíku ve vodě a přítomnost kyslíkových radikálů. Přídavkem stabilizátoru se rozklad peroxidu vodíku zpomalí a dezinfekční schopnost může být zachována.
V porovnání s chlorem, bromem, ozonem a dalšími dezinfekčními prostředky není peroxid vodíku příliš silným dezinfekčním prostředkem. Dezinfekce bazénů peroxidem vodíku není povolena, pokud se nepoužívá v kombinaci s jinými dezinfekčními prostředky (UV záření, ozon, soli stříbra nebo kvartérní soli amoniaku). Peroxid vodíku zlepšuje dezinfekční schopnost ostatních dezinfekčních prostředků.
Může být peroxid vodíku použit k dezinfekci vody v chladicích věžích?
Peroxid vodíku lze použít k dezinfekci vody v chladicích věžích, pokud je kombinován s jinými dezinfekčními prostředky. Kyselinu peroctovou (CH3COOH, PAA) lze rovněž použít k dezinfekci vody v chladicích věžích.
Odstraňuje peroxid vodíku chlor?
Peroxid vodíku lze použít k dechloraci, jinými slovy k odstranění zbytkového chloru. Zbytkový chlor tvoří korozivní kyseliny, když je oxidován vzduchem nebo kondenzáty na technologických systémech.
Při reakci chloru s peroxidem vodíku se peroxid vodíku rozpadá na vodu a kyslík. Plynný chlor hydrolyzuje na kyselinu chlornou (HOCl), která následně ionizuje na chloritanové ionty (OCl).
Cl2 + HOCl + H+ + Cl
HOCl + H+ + Cl
Po té peroxid vodíku reaguje s chlornanem:
OCl- + H2O2 (g) -> Cl- + H2O + O2
Reakce mezi peroxidem vodíku a chlornanem probíhá velmi rychle. Jiné organické a anorganické látky nemohou s chlornanem reagovat.
Jaké jsou výhody a nevýhody používání peroxidu vodíku?
Výhody
Na rozdíl od jiných chemických látek peroxid vodíku nevytváří zbytky ani plyny. Bezpečnost závisí na použité koncentraci, protože peroxid vodíku je zcela rozpustný ve vodě.
Nevýhody
Peroxid vodíku je silný oxidant. Reaguje s celou řadou látek. Proto se při přepravě v rámci bezpečnostních opatření ředí. Pro dezinfekci peroxidem vodíku jsou však nutné vysoké koncentrace.
Peroxid vodíku se pomalu rozkládá na vodu a kyslík. Zvýšení teploty a přítomnost znečištění tento proces posilují.
Koncentrace peroxidu vodíku v roztoku pomalu klesá. To je způsobeno následující reakcí:
2 H2O2 → 2 H2O + O2
Jedná se o redoxní reakci. Molekuly vodíku fungují částečně jako reduktory a částečně jako oxidační činidla.
Je peroxid vodíku účinný?
Účinnost peroxidu vodíku závisí na několika faktorech, jako je pH, katalyzátory, teplota, koncentrace peroxidu a doba reakce.
Jaké jsou zdravotní účinky peroxidu vodíku?
K expozici peroxidu vodíku dochází vdechováním vlhkosti nebo mlhy, příjmem potravy a kontaktem s pokožkou nebo očima. Peroxid vodíku může dráždit oči, kůži a sliznice. Vystavení očí koncentraci 5 % nebo vyšší může mít za následek trvalé poškození očí. Testy americké Mezinárodní agentury pro výzkum rakoviny (IARC) s laboratorními zvířaty ukazují, že peroxid vodíku může být pro zvířata karcinogenní. Laboratorní testy s bakteriemi ukazují, že peroxid vodíku je mutagenní; mění a poškozuje DNA. Při vdechování peroxidu vodíku lidmi dochází k podráždění plic. Vystavení kůže způsobuje bolestivé puchýře, popáleniny a bělení kůže. Orgány, které jsou mimořádně citlivé na působení peroxidu vodíku, jsou plíce, střeva, brzlík, játra a ledviny. Účinky chronické expozice na člověka nejsou známy. Účinky na reprodukci a vývoj zatím nebyly prokázány.
Jaká je legislativa pro peroxid vodíku?
EU
Peroxid vodíku není uveden v evropské normě pro pitnou vodu 98/83/ES.
USA
V USA je peroxid vodíku registrován jako pesticid agenturou EPA v roce 1977.
Které látky lze kombinovat s peroxidem vodíku?
Pro dezinfekci lze peroxid vodíku kombinovat s dalšími prostředky. Například kyselinou peroctovou a peroxonem.