Perossido di idrogeno
La maggior parte delle persone conosce il perossido di idrogeno come un composto che decolora i capelli. Può anche essere usato per la disinfezione dell’acqua.
Quando fu scoperto il perossido di idrogeno?
Louis Jacque Thenard scoprì il perossido di idrogeno nel 1818. Il perossido di idrogeno è composto da atomi di ossigeno e idrogeno. Questi possono essere trovati ovunque sulla terra. Il perossido di idrogeno contiene una combinazione di due atomi di idrogeno e due di ossigeno.
Nell’ambiente, il perossido di idrogeno può essere trovato in concentrazioni molto basse. Il perossido di idrogeno gassoso è prodotto da reazioni fotochimiche nell’atmosfera che circonda la terra. Può anche essere trovato in acqua in piccole quantità.
Quali sono le caratteristiche del perossido di idrogeno?
Il perossido è un composto chimico che contiene lo ione perossido (O22-).
Lo ione perossido consiste in un singolo legame tra due atomi di ossigeno: (O-O)2-. È un forte ossidante.
Il perossido di idrogeno ha la formula chimica H2O2 e la seguente formula strutturale:
H-O-O-H
La molecola di perossido di idrogeno contiene un atomo di ossigeno in più, rispetto alla molecola di acqua più stabile. Il legame tra i due atomi di ossigeno, il cosiddetto legame del perossido, è rotto mentre si formano due radicali H-O. Questi radicali reagiscono rapidamente con altre sostanze, mentre si formano nuovi radicali e ha luogo una reazione a catena. Le soluzioni di perossido di idrogeno hanno l’aspetto dell’acqua e possono essere dissolte in acqua senza problemi. Ad alte concentrazioni queste soluzioni emanano un odore irritante e acido. Il perossido di idrogeno è infiammabile. A basse temperature diventa solido. La quantità di perossido di idrogeno nella soluzione è espressa in percentuale di peso. Per il trattamento dell’acqua, si usano concentrazioni del 35 o 50 % di perossido di idrogeno.
Selettività
Il perossido di idrogeno è usato per diverse applicazioni, perché è molto selettivo. Cambiando le condizioni di reazione (temperatura, pH, dose, tempo di reazione e l’aggiunta di un catalizzatore), il perossido di idrogeno attaccherà diversi inquinamenti.
Corrosività del perossido di idrogeno
La corrosività dell’acqua di processo dovuta al perossido di idrogeno dipende dalla quantità di ossigeno dissolto che viene prodotto. L’ossigeno corrode i metalli contenenti ferro. La quantità di ferro e il pH hanno un’influenza maggiore sulla corrosività rispetto alla concentrazione di perossido di idrogeno.
Distruzione del perossido di idrogeno
Il perossido di idrogeno può disintegrarsi durante il trasporto. Vengono rilasciati ossigeno e calore. Il perossido di idrogeno in sé è infiammabile, ma l’ossigeno può aumentare l’infiammazione di altre sostanze. Nelle soluzioni diluite, il calore viene assorbito dall’acqua. Nelle soluzioni concentrate, la temperatura della soluzione aumenta, accelerando la distruzione del perossido di idrogeno. Il tasso di distruzione è moltiplicato per 2,2 per ogni 10 °C di aumento della temperatura. Anche l’alcalinità e la presenza di inquinanti accelerano la distruzione del perossido di idrogeno.
Per la produzione del perossido di idrogeno, si usano catalizzatori speciali per assicurarsi che il perossido di idrogeno non sia distrutto dagli inquinanti nell’acqua.
Come si produce il perossido di idrogeno?
Dal 1880, il perossido di idrogeno è un prodotto commerciale. Fu prodotto per la prima volta nel Regno Unito bruciando sale di bario (Ba), che produceva perossido di bario (BaO2). Successivamente il perossido di bario è stato dissolto in acqua e il perossido di idrogeno è stato prodotto. Dal XIX secolo la produzione di perossido di idrogeno è aumentata notevolmente. Oggi si produce circa mezzo miliardo di chilogrammi all’anno.
Come viene trasportato e immagazzinato il perossido di idrogeno?
Il perossido di idrogeno deve essere trasportato in contenitori di polietilene, acciaio inossidabile o alluminio. Quando il perossido di idrogeno viene a contatto con sostanze infiammabili, come legno, carta, olio o cotone (cellulosa), può verificarsi un’accensione spontanea. Quando il perossido di idrogeno è mescolato con sostanze organiche, come alcoli, acetone e altri chetoni, aldeidi e glicerolo, possono verificarsi forti esplosioni.
Quando il perossido di idrogeno entra in contatto con sostanze come ferro, rame, cromo, piombo, argento, manganese, sodio, potassio, magnesio, nichel, oro, platino, metalloidi, ossidi di metallo o sali di metallo, questo può provocare potenti esplosioni. Questo è il motivo per cui il perossido di idrogeno è solitamente trasportato in forma diluita.
Quali sono le applicazioni del perossido di idrogeno?
La più antica applicazione conosciuta del perossido di idrogeno era la sbiancatura dei cappelli di paglia, che erano di moda all’inizio del ventesimo secolo. Dal 1920 al 1950, il perossido di idrogeno è stato prodotto attraverso l’elettrolisi. Questo metodo produceva perossido di idrogeno puro. Oggi, i processi di auto-ossidazione sono usati per produrre perossido di idrogeno. Durante questi processi, l’idrogeno è la materia prima.
Versatilità del perossido di idrogeno
Il perossido di idrogeno è versatile, può essere usato per molte applicazioni. Può essere usato in tutti i mezzi: aria, acqua, acque reflue e terreni. A volte è usato in combinazione con altri agenti, per migliorare e accelerare i processi. Il perossido di idrogeno è più comunemente usato per rimuovere le sostanze inquinanti dalle acque reflue e dall’aria. Contrasta la crescita batterica (per esempio il bio fouling nei sistemi idrici) e può migliorare la crescita batterica (per esempio il bio risanamento dei terreni inquinati e delle acque sotterranee) attraverso l’aggiunta di ossigeno. Può anche essere usato per trattare inquinamenti facilmente ossidabili (per esempio ferro e solfuri) e inquinamenti difficili da ossidare (per esempio solidi dissolti, benzina e pesticidi).
Infine, può essere usato per sbiancare carta, tessuti, denti e capelli o per produrre alimenti, minerali, sostanze petrolchimiche o detersivi. In forma pura, il perossido di idrogeno è usato come fornitore di ossigeno per guidare i sottomarini russi.
Il perossido di idrogeno può essere usato come ossidante?
Il perossido di idrogeno è un forte ossidante. È più potente del cloro (Cl2), del biossido di cloro (ClO2) e del permanganato di potassio (KMnO4). Attraverso la catalisi, il perossido di idrogeno può essere convertito in idrossiradicali (OH). Il potenziale di ossidazione del perossido di idrogeno è appena inferiore a quello dell’ozono.
Tabella 1: Potenziali di ossidazione di vari ossidanti
| Ossidante | Potenziale di ossidazione |
| fluoro | 3,0 |
| idrossiradicali | 2,8 |
| ozono | 2,1 |
| perossido di idrogeno | 1,8 |
| permanganato di potassio | 1,7 |
| diossido di cloro | 1,5 |
| cloruro | 1,4 |
Come viene dosato il perossido di idrogeno?
La maggior parte delle applicazioni del perossido di idrogeno consiste nell’iniezione di perossido di idrogeno in acqua corrente. Non sono necessari altri prodotti chimici o attrezzature. Questa applicazione è usata per controllare la crescita biologica, per aggiungere ossigeno, per rimuovere i residui di cloro e per ossidare solfuri, solfiti, metalli e altri materiali facilmente ossidabili. L’idoneità del perossido di idrogeno per queste applicazioni è influenzata da pH, temperatura e tempo di reazione.
Perossido di idrogeno catalitico
Le sostanze che non sono facilmente ossidabili, richiedono l’attivazione del perossido di idrogeno tramite catalizzatori (ferro, manganese o altri metalloidi). Questi catalizzatori possono anche essere utilizzati per migliorare le reazioni del perossido di idrogeno, che altrimenti richiederebbero ore o giorni.
Cosa sono i processi di ossidazione avanzata?
I processi di ossidazione avanzata sono un nuovo sviluppo nel campo della disinfezione con perossido di idrogeno. Questi processi producono radicali di ossigeno reattivi, senza l’interferenza di catalizzatori metallici. Esempi sono la combinazione del perossido di idrogeno con l’ozono (perossone) o la luce ultravioletta. Il risultato di questi metodi è un’ossidazione ad ampio raggio di sostanze difficilmente degradabili, senza la produzione di residui o fanghi. Questi metodi sono usati in tutto il mondo per il trattamento delle acque sotterranee, per il trattamento dell’acqua potabile e delle acque di processo e per la disinfezione e la rimozione delle sostanze organiche dalle acque reflue industriali.
Come funziona la disinfezione con perossido di idrogeno?
Tra le altre applicazioni, il perossido di idrogeno è usato come disinfettante. È usato per trattare l’infiammazione delle gengive e per disinfettare l’acqua (potabile). È anche usato per combattere l’eccessiva crescita microbica nei sistemi idrici e nelle torri di raffreddamento.
Negli Stati Uniti, il perossido di idrogeno è usato sempre più spesso per trattare le forniture d’acqua individuali. È usato per prevenire la formazione di colori, sapori, corrosione e incrostazioni per la degradazione dell’inquinamento (ferro, manganese, solfati) e la degradazione dei microrganismi. Il perossido di idrogeno reagisce molto velocemente. Si disintegra poi in idrogeno e acqua, senza la formazione di sottoprodotti. Questo aumenta la quantità di ossigeno nell’acqua.
Il meccanismo di disinfezione del perossido di idrogeno si basa sul rilascio di radicali liberi dell’ossigeno:
H2O2 → H2O + O2
L’inquinamento viene decomposto dai radicali liberi dell’ossigeno, e rimane solo acqua. I radicali liberi hanno sia capacità ossidanti che disinfettanti. Il perossido di idrogeno elimina le proteine attraverso l’ossidazione.
I perossidi come il perossido di idrogeno (H2O2), il perborato, il perossifosfato e il persolfato, sono buoni disinfettanti e ossidanti. In generale questi possono rimuovere adeguatamente i microrganismi. Tuttavia, questi perossidi sono molto instabili.
I perborati sono molto tossici. L’acido peracetico (PAA) è un acido forte. Può essere molto aggressivo nella sua forma pura. I persolfati stabilizzati possono essere utilizzati per sostituire il cloro nel trattamento delle acque reflue.
Il perossido di idrogeno è usato per la disinfezione dell’acqua potabile?
Negli anni 50, il perossido di idrogeno fu usato per la prima volta per la disinfezione dell’acqua potabile nell’Europa dell’Est. È noto per la sua alta efficienza ossidativa e biocida. Il perossido di idrogeno non è stato usato spesso per la disinfezione dell’acqua potabile, ma la sua popolarità sembra aumentare. È spesso usato in combinazione con ozono, argento o UV.
Il perossido di idrogeno è usato per la disinfezione delle piscine?
L’applicazione dei perossidi per la disinfezione e il trattamento dell’acqua sono limitati. Recentemente, sono state sviluppate forme più stabili, che possono essere utilizzate per l’applicazione nelle piscine.
La disinfezione con perossido di idrogeno richiede una dose elevata. Lo svantaggio principale è la piccola capacità disinfettante e ossidante del perossido di idrogeno a concentrazioni attive (decine di milligrammi per litro), che sono richieste per la disinfezione delle piscine. Un altro problema è la rapida decomposizione del perossido di idrogeno in acqua e la presenza di radicali di ossigeno. Attraverso l’aggiunta di uno stabilizzatore, la decomposizione del perossido di idrogeno è ritardata e la capacità di disinfezione può essere mantenuta.
Rispetto a cloro, bromo, ozono e altri disinfettanti, il perossido di idrogeno non è un disinfettante molto potente. La disinfezione delle piscine con il perossido di idrogeno non è consentita, a meno che non sia usata in combinazione con altri disinfettanti (UV, ozono, sali d’argento o sali di ammoniaca). Il perossido di idrogeno migliora la capacità di disinfezione degli altri disinfettanti.
Il perossido di idrogeno può essere usato per la disinfezione dell’acqua della torre di raffreddamento?
Il perossido di idrogeno può essere usato per la disinfezione dell’acqua delle torri di raffreddamento, quando è combinato con altri disinfettanti. Anche l’acido peracetico (CH3COOH, PAA) può essere usato per la disinfezione dell’acqua delle torri di raffreddamento.
Il perossido di idrogeno rimuove il cloro?
Il perossido di idrogeno può essere usato per la declorazione, in altre parole per rimuovere il cloro residuo. Il cloro residuo forma acidi corrosivi quando viene ossidato dall’aria o dalle condense sui sistemi di processo.
Quando il cloro reagisce con il perossido di idrogeno, il perossido di idrogeno si scompone in acqua e ossigeno. Il cloro gassoso si idrolizza in acido ipocloroso (HOCl), che successivamente si ionizza in ioni ipoclorito (OCl).
Cl2 + HOCl + H+ + Cl
HOCl + H+ + Cl
Dopo il perossido di idrogeno reagisce con l’ipoclorito:
OCl- + H2O2 (g) -> Cl- + H2O + O2
La reazione tra perossido di idrogeno e ipoclorito avviene molto rapidamente. Altre sostanze organiche e inorganiche non possono reagire con l’ipoclorito.
Quali sono i vantaggi e gli svantaggi dell’uso del perossido di idrogeno?
Vantaggi
Al contrario di altre sostanze chimiche, il perossido di idrogeno non produce residui o gas. La sicurezza dipende dalla concentrazione applicata, perché il perossido di idrogeno è completamente solubile in acqua.
Svantaggi
Il perossido di idrogeno è un potente ossidante. Reagisce con una varietà di sostanze. Viene quindi diluito durante il trasporto, come misura di sicurezza. Tuttavia, per la disinfezione con perossido di idrogeno, sono necessarie alte concentrazioni.
Il perossido di idrogeno si decompone lentamente in acqua e ossigeno. Un innalzamento della temperatura e la presenza di inquinanti migliorano questo processo.
La concentrazione di perossido di idrogeno in una soluzione diminuisce lentamente. Ciò è causato dalla seguente reazione:
2 H2O2 → 2 H2O + O2
Questa è una reazione redox. Le molecole di idrogeno funzionano in parte come riduttori e in parte come ossidanti.
Il perossido di idrogeno è efficiente?
L’efficienza del perossido di idrogeno dipende da diversi fattori, come il pH, i catalizzatori, la temperatura, la concentrazione di perossido e il tempo di reazione.
Quali sono gli effetti del perossido di idrogeno sulla salute?
L’esposizione al perossido di idrogeno avviene tramite inalazione di umidità o nebbia, tramite assorbimento di cibo e tramite contatto di pelle o occhi. Il perossido di idrogeno può irritare gli occhi, la pelle e le membrane mucose. L’esposizione degli occhi a concentrazioni del 5% o più può provocare danni permanenti agli occhi. Test con animali da laboratorio dell’Agenzia internazionale americana per la ricerca sul cancro (IARC) mostrano che il perossido di idrogeno può essere cancerogeno per gli animali. I test di laboratorio con i batteri mostrano che il perossido di idrogeno è mutageno; cambia e danneggia il DNA. Quando gli esseri umani inalano il perossido di idrogeno, causa irritazione polmonare. L’esposizione della pelle causa vesciche dolorose, bruciature e sbiancamento della pelle. Gli organi che sono più suscettibili all’esposizione al perossido di idrogeno sono i polmoni, l’intestino, il timo, il fegato e i reni. Gli effetti dell’esposizione cronica sugli esseri umani sono sconosciuti. Gli effetti sulla riproduzione e lo sviluppo non sono dimostrati finora.
Qual è la legislazione per il perossido di idrogeno?
UE
Il perossido di idrogeno non è menzionato nella norma europea sull’acqua potabile 98/83/CE.
USA
Negli USA, il perossido di idrogeno è registrato come pesticida dall’EPA nel 1977.
Quali sostanze possono essere combinate con il perossido di idrogeno?
Per la disinfezione, il perossido di idrogeno può essere combinato con altri agenti. Per esempio l’acido peracetico e il perossone.