Peroxidul de hidrogen
Cei mai mulți oameni cunosc peroxidul de hidrogen ca fiind un compus care decolorează părul. Acesta poate fi folosit și pentru dezinfectarea apei.
Când a fost descoperit peroxidul de hidrogen?
Louis Jacque Thenard a descoperit peroxidul de hidrogen în 1818. Peroxidul de hidrogen este format din atomi de oxigen și hidrogen. Aceștia pot fi găsiți peste tot pe pământ. Peroxidul de hidrogen conține o combinație de doi atomi de hidrogen și doi atomi de oxigen.
În mediul înconjurător, peroxidul de hidrogen poate fi găsit în concentrații foarte mici. Peroxidul de hidrogen gazos este produs prin reacții fotochimice în atmosfera care înconjoară Pământul. De asemenea, se poate găsi în apă în cantități mici.
Care sunt caracteristicile peroxidului de hidrogen?
Peroxidul este un compus chimic care conține ionul peroxid (O22-).
Ionul peroxid este format dintr-o singură legătură între doi atomi de oxigen: (O-O)2-. Este un oxidant puternic.
Peroxidul de hidrogen are formula chimică H2O2 și următoarea formulă structurală:
H-O-O-H
Molecula de peroxid de hidrogen conține un atom de oxigen în plus, în comparație cu molecula mai stabilă de apă. Legătura dintre cei doi atomi de oxigen, așa-numita legătură de peroxid, este ruptă, în timp ce se formează doi radicali H-O. Acești radicali reacționează rapid cu alte substanțe, în timp ce se formează noi radicali și are loc o reacție în lanț. Soluțiile de peroxid de hidrogen arată ca apa și pot fi dizolvate în apă fără restricții. La concentrații mari, aceste soluții degajă un miros iritant, acid. Peroxidul de hidrogen este inflamabil. La temperaturi scăzute devine solid. Cantitatea de peroxid de hidrogen din soluție se exprimă în procente de greutate. Pentru tratarea apei, se folosesc concentrații de 35 sau 50 % peroxid de hidrogen.
Selectivitate
Peroxidul de hidrogen este folosit pentru diferite aplicații, deoarece este foarte selectiv. Prin modificarea condițiilor de reacție (temperatură, pH, doză, timp de reacție și adăugarea unui catalizator), peroxidul de hidrogen va ataca diferite poluări.
Corrosivitatea peroxidului de hidrogen
Corozivitatea apei de proces datorată peroxidului de hidrogen depinde de cantitatea de oxigen dizolvat care este produsă. Oxigenul corodează metalele care conțin fier. Cantitatea de fier și pH-ul au o influență mai mare asupra corozivității decât are concentrația de peroxid de hidrogen.
Distrugerea peroxidului de hidrogen
Peroxidul de hidrogen se poate dezintegra în timpul transportului. Se degajă oxigen și căldură. Peroxidul de hidrogen în sine este inflamabil, dar oxigenul poate intensifica inflamarea altor substanțe. În soluțiile diluate, căldura este absorbită de apă. În soluțiile concentrate, temperatura soluției este crescută, accelerând distrugerea peroxidului de hidrogen. Rata de distrugere se înmulțește cu 2,2 pentru fiecare 10 °C de creștere a temperaturii. Alcalinitatea și prezența poluanților accelerează, de asemenea, distrugerea peroxidului de hidrogen.
Pentru producerea peroxidului de hidrogen, se folosesc catalizatori speciali pentru a se asigura că peroxidul de hidrogen nu este distrus de poluanții din apă.
Cum se produce peroxidul de hidrogen?
Din 1880, peroxidul de hidrogen este un produs comercial. A fost produs pentru prima dată în Regatul Unit prin arderea sării de bariu (Ba), care a produs peroxid de bariu (BaO2). Ulterior, peroxidul de bariu a fost dizolvat în apă și s-a produs peroxid de hidrogen. Începând cu secolul al XIX-lea, producția de peroxid de hidrogen a crescut în mare măsură. În prezent, se produc anual aproximativ o jumătate de miliard de kilograme.
Cum se transportă și se depozitează peroxidul de hidrogen?
Peroxidul de hidrogen trebuie transportat în recipiente din polietilenă, oțel inoxidabil sau aluminiu. Atunci când peroxidul de hidrogen intră în contact cu substanțe inflamabile, cum ar fi lemnul, hârtia, uleiul sau bumbacul (celuloză), se poate produce o aprindere spontană. Atunci când peroxidul de hidrogen este amestecat cu materii organice, cum ar fi alcoolii, acetona și alte cetone, aldehidele și glicerolul, se pot produce explozii puternice.
Când peroxidul de hidrogen intră în contact cu substanțe, cum ar fi fierul, cuprul, cromul, plumbul, argintul, manganul, sodiul, potasiul, magneziul, nichelul, aurul, platina, metaloizii, oxizii metalici sau sărurile metalice, se pot produce explozii puternice. Acesta este motivul pentru care peroxidul de hidrogen este de obicei transportat sub formă diluată.
Care sunt aplicațiile peroxidului de hidrogen?
Cea mai veche aplicație cunoscută a peroxidului de hidrogen a fost albirea pălăriilor de paie, care erau la modă la începutul secolului al XX-lea. Între 1920 și 1950, peroxidul de hidrogen a fost produs prin electroliză. Această metodă producea peroxid de hidrogen pur. În prezent, pentru producerea peroxidului de hidrogen se folosesc procese de autooxidare. În timpul acestor procese, hidrogenul este materia primă.
Versatilitatea peroxidului de hidrogen
Peroxidul de hidrogen este versatil, poate fi folosit pentru multe aplicații. Poate fi utilizat în toate mediile; aer, apă, apă uzată și soluri. Uneori este folosit în combinație cu alți agenți, pentru a îmbunătăți și accelera procesele. Peroxidul de hidrogen este cel mai frecvent utilizat pentru a elimina poluanții din apele reziduale și din aer. Acesta se opune creșterii bacteriilor (de exemplu, bioîncrâncenarea în sistemele de apă) și poate intensifica creșterea bacteriilor (de exemplu, bioremedierea solurilor și a apelor subterane poluate) prin adăugarea de oxigen. De asemenea, poate fi utilizat pentru a trata poluanți care pot fi ușor oxidați (de exemplu, fierul și sulfurile) și poluanți care sunt greu de oxidat (de exemplu, solidele dizolvate, benzina și pesticidele).
În cele din urmă, poate fi utilizat pentru a albi hârtia, textilele, dinții și părul sau pentru a produce alimente, minerale, substanțe petrochimice sau detergent de rufe. În formă pură, peroxidul de hidrogen este folosit ca furnizor de oxigen pentru a conduce submarinele rusești.
Poate fi folosită peroxidul de hidrogen ca oxidant?
Peroxidul de hidrogen este un oxidant puternic. Este mai puternic decât clorul (Cl2), dioxidul de clor (ClO2) și permanganatul de potasiu (KMnO4). Prin cataliză, peroxidul de hidrogen poate fi transformat în hidroxiradicali (OH). Potențialul de oxidare al peroxidului de hidrogen este cu puțin sub cel al ozonului.
Tabelul 1: Potențialele de oxidare ale diferiților oxidanți
| Oxidant | Potențial de oxidare |
| fluor | 3,0 |
| hidroxiradicali | 2,8 |
| ozona | 2,1 |
| peroxid de hidrogen | 1,8 |
| permanganat de potasiu | 1,7 |
| dioxid de clor | 1,5 |
| clor | 1,4 |
Cum se dozează peroxidul de hidrogen?
Cele mai multe aplicații ale peroxidului de hidrogen constau în injectarea peroxidului de hidrogen în apa curgătoare. Nu sunt necesare alte substanțe chimice sau echipamente. Această aplicație este utilizată pentru a controla creșterea biologică, pentru a adăuga oxigen, pentru a elimina reziduurile de clor și pentru a oxida sulfurile, sulfiții, metalele și alte materiale ușor de oxidat. Caracterul adecvat al peroxidului de hidrogen pentru aceste aplicații este influențat de pH, temperatură și timpul de reacție.
Peroxidul de hidrogen catalitic
Poluările care nu sunt ușor de oxidat, necesită activarea peroxidului de hidrogen prin catalizatori (fier, mangan sau alți metaloizi). Acești catalizatori pot fi, de asemenea, utilizați pentru a intensifica reacțiile de peroxid de hidrogen, care altfel ar dura ore sau zile.
Ce sunt procesele avansate de oxidare?
Procesele avansate de oxidare reprezintă o nouă dezvoltare în domeniul dezinfecției cu peroxid de hidrogen. Aceste procese produc radicali reactivi de oxigen, fără intervenția catalizatorilor metalici. Exemple sunt combinația de peroxid de hidrogen cu ozon (peroxonă) sau cu lumină ultravioletă. Rezultatul acestor metode este oxidarea de mare amploare a substanțelor greu degradabile, fără producerea de reziduuri sau nămoluri. Aceste metode sunt utilizate în întreaga lume pentru tratarea apelor subterane, pentru tratarea apei potabile și a apei de proces, precum și pentru dezinfectarea și eliminarea materiei organice din apele reziduale industriale.
Cum funcționează dezinfecția cu peroxid de hidrogen?
Printre alte aplicații, peroxidul de hidrogen este utilizat ca dezinfectant. Acesta este utilizat pentru a trata inflamațiile gingiilor și pentru a dezinfecta apa (potabilă). Este, de asemenea, utilizat pentru a combate creșterea microbiană excesivă în sistemele de apă și în turnurile de răcire.
În Statele Unite, peroxidul de hidrogen este utilizat din ce în ce mai frecvent pentru a trata rezervele individuale de apă. Se utilizează pentru a preveni formarea culorilor, a gusturilor, a coroziunii și a calcarului prin degradarea poluării (fier, mangan, sulfați) și a microorganismelor. Peroxidul de hidrogen reacționează foarte rapid. Acesta se dezintegrează apoi în hidrogen și apă, fără formarea de subproduse. Astfel, crește cantitatea de oxigen din apă.
Mecanismul de dezinfecție al peroxidului de hidrogen se bazează pe eliberarea de radicali liberi de oxigen:
H2O2 → H2O + O2
Poluările sunt descompuse de radicalii liberi de oxigen și rămâne doar apa. Radicalii liberi au atât capacități de oxidare, cât și de dezinfectare. Peroxidul de hidrogen elimină proteinele prin oxidare.
Peroxizii, cum ar fi peroxidul de hidrogen (H2O2), perboratul, peroxifosfatul și persulfatul, sunt buni dezinfectanți și oxidanți. În general, acestea pot elimina în mod adecvat microorganismele. Cu toate acestea, acești peroxizi sunt foarte instabili.
Perborații sunt foarte toxici. Acidul peractic (PAA) este un acid puternic. Acesta poate fi foarte agresiv în forma sa pură. Persulfații stabilizați pot fi utilizați pentru a înlocui clorul pentru tratarea apelor reziduale.
Se folosește peroxidul de hidrogen pentru dezinfectarea apei potabile?
În anii 1950, peroxidul de hidrogen a fost folosit pentru prima dată pentru dezinfectarea apei potabile în Europa de Est. Acesta este cunoscut pentru eficiența sa oxidativă și biocidă ridicată. Peroxidul de hidrogen nu a fost folosit des pentru dezinfectarea apei potabile, dar popularitatea sa pare să crească. Este adesea utilizat în combinație cu ozonul, argintul sau UV.
Se folosește peroxidul de hidrogen pentru dezinfecția piscinelor?
Aplicațiile peroxizilor pentru dezinfecția și tratarea apei sunt limitate. Recent, au fost dezvoltate forme mai stabile, care pot fi utilizate pentru aplicarea în piscine.
Dezinfecția cu peroxid de hidrogen necesită o doză mare. Principalul dezavantaj este capacitatea redusă de dezinfectare și oxidare a peroxidului de hidrogen la concentrații active (zeci de miligrame pe litru), care sunt necesare pentru dezinfecția piscinelor. O altă problemă este descompunerea rapidă a peroxidului de hidrogen în apă și prezența radicalilor de oxigen. Prin adăugarea de stabilizatori, descompunerea peroxidului de hidrogen este întârziată și capacitatea de dezinfecție poate fi menținută.
În comparație cu clorul, bromul, ozonul și alți dezinfectanți, peroxidul de hidrogen nu este un dezinfectant foarte puternic. Dezinfectarea piscinelor de înot cu peroxid de hidrogen nu este permisă, cu excepția cazului în care acesta este utilizat în combinație cu alți dezinfectanți (UV, ozon, săruri de argint sau săruri de amoniac de cuarț). Peroxidul de hidrogen îmbunătățește capacitatea de dezinfecție a altor dezinfectanți.
Poate fi utilizat peroxidul de hidrogen pentru dezinfectarea apei din turnurile de răcire?
Peroxidul de hidrogen poate fi utilizat pentru dezinfectarea apei din turnul de răcire, atunci când este combinat cu alți dezinfectanți. Acidul peracetic (CH3COOH, PAA) poate fi, de asemenea, utilizat pentru dezinfectarea apei din turnurile de răcire.
Poroxidul de hidrogen elimină clorul?
Peroxidul de hidrogen poate fi utilizat pentru declorinare, cu alte cuvinte pentru a elimina clorul rezidual. Clorul rezidual formează acizi corozivi atunci când este oxidat de aer sau de condensul de pe sistemele de proces.
Când clorul reacționează cu peroxidul de hidrogen, acesta se descompune în apă și oxigen. Clorul gazos se hidrolizează în acid hipocloros (HOCl), care ulterior se ionizează în ioni de hipoclorit (OCl).
Cl2 + HOCl + H+ + Cl
HOCl + H+ + Cl
După aceasta, peroxidul de hidrogen reacționează cu hipocloritul:
OCl- + H2O2 (g) -> Cl- + H2O + O2
Reacția dintre peroxidul de hidrogen și hipoclorit are loc foarte repede. Alte substanțe organice și anorganice nu pot reacționa cu hipocloritul.
Care sunt avantajele și dezavantajele utilizării peroxidului de hidrogen?
Avantaje
Contrareferitor altor substanțe chimice, peroxidul de hidrogen nu produce reziduuri sau gaze. Siguranța depinde de concentrația aplicată, deoarece peroxidul de hidrogen este complet solubil în apă.
Dezvantaje
Peroxidul de hidrogen este un oxidant puternic. Acesta reacționează cu o varietate de substanțe. Prin urmare, se diluează în timpul transportului, ca măsură de siguranță. Cu toate acestea, pentru dezinfecția cu peroxid de hidrogen, sunt necesare concentrații mari.
Peroxidul de hidrogen se descompune lent în apă și oxigen. O creștere a temperaturii și prezența poluanților potențează acest proces.
Concentrația de peroxid de hidrogen într-o soluție scade lent. Acest lucru este cauzat de următoarea reacție:
2 H2O2 → 2 H2O + O2
Aceasta este o reacție redox. Moleculele de hidrogen funcționează parțial ca reducători și parțial ca oxidanți.
Este peroxidul de hidrogen eficient?
Eficiența peroxidului de hidrogen depinde de mai mulți factori, cum ar fi pH-ul, catalizatorii, temperatura, concentrația de peroxid și timpul de reacție.
Care sunt efectele peroxidului de hidrogen asupra sănătății?
Expunerea la peroxidul de hidrogen are loc prin inhalarea de umezeală sau ceață, prin absorbția alimentelor și prin contactul cu pielea sau cu ochii. Peroxidul de hidrogen poate irita ochii, pielea și membranele mucoase. Expunerea ochilor la concentrații de 5% sau mai mari poate duce la leziuni oculare permanente. Testele efectuate pe animale de laborator de către Agenția Internațională Americană de Cercetare a Cancerului (IARC) arată că peroxidul de hidrogen poate fi cancerigen pentru animale. Testele de laborator cu bacterii arată că peroxidul de hidrogen este mutagen; acesta modifică și deteriorează ADN-ul. Atunci când oamenii inhalează peroxidul de hidrogen, acesta provoacă iritații pulmonare. Expunerea cutanată provoacă bășici dureroase, arsuri și albirea pielii. Organele care sunt foarte sensibile la expunerea la peroxid de hidrogen sunt plămânii, intestinele, timusul, ficatul și rinichii. Efectele expunerii cronice asupra oamenilor sunt necunoscute. Efectele asupra reproducerii și dezvoltării nu sunt demonstrate până în prezent.
Care este legislația pentru peroxidul de hidrogen?
UE
Peroxidul de hidrogen nu este menționat în Standardul european pentru apa potabilă 98/83/EC.
USA
În SUA, peroxidul de hidrogen este înregistrat ca pesticid de către EPA în 1977.
Ce substanțe pot fi combinate cu peroxidul de hidrogen?
Pentru dezinfecție, peroxidul de hidrogen poate fi combinat cu alți agenți. De exemplu, acid peracetic și peroxonă.