Peróxido de hidrógeno
La mayoría de la gente conoce el peróxido de hidrógeno como un compuesto que blanquea el cabello. También se puede utilizar para la desinfección del agua.
¿Cuándo se descubrió el peróxido de hidrógeno?
Louis Jacque Thenard descubrió el peróxido de hidrógeno en 1818. El peróxido de hidrógeno está formado por átomos de oxígeno e hidrógeno. Estos se pueden encontrar en cualquier lugar de la tierra. El peróxido de hidrógeno contiene una combinación de dos átomos de hidrógeno y dos átomos de oxígeno.
En el medio ambiente, el peróxido de hidrógeno puede encontrarse en concentraciones muy bajas. El peróxido de hidrógeno gaseoso se produce por reacciones fotoquímicas en la atmósfera que rodea la Tierra. También puede encontrarse en el agua en pequeñas cantidades.
¿Cuáles son las características del peróxido de hidrógeno?
El peróxido es un compuesto químico que contiene el ion peróxido (O22-).
El ion peróxido está formado por un enlace simple entre dos átomos de oxígeno: (O-O)2-. Es un fuerte oxidante.
El peróxido de hidrógeno tiene la fórmula química H2O2 y la siguiente fórmula estructural:
H-O-O-H
La molécula de peróxido de hidrógeno contiene un átomo de oxígeno adicional, en comparación con la molécula de agua, más estable. El enlace entre los dos átomos de oxígeno, el llamado enlace de peróxido, se rompe y se forman dos radicales H-O. Estos radicales reaccionan rápidamente con otras sustancias, mientras que se forman nuevos radicales y se produce una reacción en cadena. Las soluciones de peróxido de hidrógeno tienen el aspecto de agua y pueden disolverse en ella sin problemas. A altas concentraciones, estas soluciones desprenden un olor ácido e irritante. El peróxido de hidrógeno es inflamable. A bajas temperaturas se vuelve sólido. La cantidad de peróxido de hidrógeno en la solución se expresa en porcentaje en peso. Para el tratamiento del agua, se utilizan concentraciones de peróxido de hidrógeno del 35 o 50 %.
Selectividad
El peróxido de hidrógeno se utiliza para diferentes aplicaciones, porque es muy selectivo. Cambiando las condiciones de reacción (temperatura, pH, dosis, tiempo de reacción y adición de un catalizador), el peróxido de hidrógeno atacará diferentes contaminaciones.
Corrosividad del peróxido de hidrógeno
La corrosividad del agua de proceso debida al peróxido de hidrógeno depende de la cantidad de oxígeno disuelto que se produce. El oxígeno corroe los metales que contienen hierro. La cantidad de hierro y el pH influyen más en la corrosividad que la concentración de peróxido de hidrógeno.
Destrucción del peróxido de hidrógeno
El peróxido de hidrógeno puede desintegrarse durante el transporte. Se libera oxígeno y calor. El peróxido de hidrógeno en sí mismo es inflamable, pero el oxígeno puede potenciar la inflamación de otras sustancias. En las soluciones diluidas, el calor es absorbido por el agua. En las soluciones concentradas, la temperatura de la solución aumenta, acelerando la destrucción del peróxido de hidrógeno. La tasa de destrucción se multiplica por 2,2 por cada 10 °C de aumento de la temperatura. La alcalinidad y la presencia de contaminantes también aceleran la destrucción del peróxido de hidrógeno.
Para la producción de peróxido de hidrógeno se utilizan catalizadores especiales que aseguran que el peróxido de hidrógeno no sea destruido por los contaminantes del agua.
¿Cómo se produce el peróxido de hidrógeno?
Desde 1880, el peróxido de hidrógeno es un producto comercial. Se produjo por primera vez en el Reino Unido quemando sal de bario (Ba), lo que produjo peróxido de bario (BaO2). Posteriormente, el peróxido de bario se disolvía en agua y se producía peróxido de hidrógeno. Desde el siglo XIX, la producción de peróxido de hidrógeno ha aumentado considerablemente. Hoy en día se producen unos 500 millones de kilogramos al año.
¿Cómo se transporta y almacena el peróxido de hidrógeno?
El peróxido de hidrógeno debe transportarse en contenedores de polietileno, acero inoxidable o aluminio. Cuando el peróxido de hidrógeno entra en contacto con sustancias inflamables, como madera, papel, aceite o algodón (celulosa), puede producirse una ignición espontánea. Cuando el peróxido de hidrógeno se mezcla con materia orgánica, como alcoholes, acetona y otras cetonas, aldehídos y glicerol, pueden producirse fuertes explosiones.
Cuando el peróxido de hidrógeno entra en contacto con sustancias como hierro, cobre, cromo, plomo, plata, manganeso, sodio, potasio, magnesio, níquel, oro, platino, metaloides, óxidos metálicos o sales metálicas, pueden producirse fuertes explosiones. Por ello, el peróxido de hidrógeno suele transportarse en forma diluida.
¿Cuáles son las aplicaciones del peróxido de hidrógeno?
La aplicación más antigua conocida del peróxido de hidrógeno fue el blanqueo de sombreros de paja, que estaban de moda a principios del siglo XX. De 1920 a 1950, el peróxido de hidrógeno se producía mediante electrólisis. Este método producía peróxido de hidrógeno puro. Hoy en día, se utilizan procesos de autooxidación para producir peróxido de hidrógeno. Durante estos procesos, el hidrógeno es la materia prima.
Versatilidad del peróxido de hidrógeno
El peróxido de hidrógeno es versátil, se puede utilizar para muchas aplicaciones. Se puede utilizar en todos los medios; aire, agua, aguas residuales y suelos. A veces se utiliza combinado con otros agentes, para mejorar y acelerar los procesos. El peróxido de hidrógeno se utiliza sobre todo para eliminar los contaminantes de las aguas residuales y del aire. Impide el crecimiento bacteriano (por ejemplo, la bioincrustación en los sistemas de agua) y puede potenciar el crecimiento bacteriano (por ejemplo, la biorremediación de suelos contaminados y aguas subterráneas) mediante la adición de oxígeno. También puede utilizarse para tratar las contaminaciones que se pueden oxidar fácilmente (por ejemplo, el hierro y los sulfuros) y las contaminaciones que son difíciles de oxidar (por ejemplo, los sólidos disueltos, la gasolina y los pesticidas).
Por último, puede utilizarse para blanquear el papel, los textiles, los dientes y el cabello o para producir alimentos, minerales, sustancias petroquímicas o detergente. En forma pura, el peróxido de hidrógeno se utiliza como proveedor de oxígeno para impulsar los submarinos rusos.
¿Se puede utilizar el peróxido de hidrógeno como oxidante?
El peróxido de hidrógeno es un fuerte oxidante. Es más potente que el cloro (Cl2), el dióxido de cloro (ClO2) y el permanganato de potasio (KMnO4). A través de la catálisis, el peróxido de hidrógeno puede convertirse en hidroxirradicales (OH). El potencial de oxidación del peróxido de hidrógeno está justo por debajo del del ozono.
Tabla 1: Potenciales de oxidación de varios oxidantes
| Oxidante | Potencial de oxidación |
| flúor | 3,0 |
| hidroxirradicales | 2,8 |
| ozono | 2,1 |
| peróxido de hidrógeno | 1,8 |
| permanganato de potasio | 1,7 |
| dióxido de cloro | 1,5 |
| cloro | 1,4 |
¿Cómo se dosifica el peróxido de hidrógeno?
La mayoría de las aplicaciones de peróxido de hidrógeno consisten en la inyección de peróxido de hidrógeno en el agua corriente. No se requieren otros productos químicos o equipos. Esta aplicación se utiliza para controlar el crecimiento biológico, añadir oxígeno, eliminar residuos de cloro y oxidar sulfuros, sulfitos, metales y otros materiales fácilmente oxidables. La idoneidad del peróxido de hidrógeno para estas aplicaciones está influida por el pH, la temperatura y el tiempo de reacción.
Peróxido de hidrógeno catalítico
Las contaminaciones que no se oxidan fácilmente, requieren la activación del peróxido de hidrógeno mediante catalizadores (hierro, manganeso u otros metaloides). Estos catalizadores también pueden utilizarse para potenciar las reacciones del peróxido de hidrógeno, que de otro modo tardarían horas o días.
¿Qué son los procesos de oxidación avanzada?
Los procesos de oxidación avanzada son un nuevo desarrollo en el campo de la desinfección con peróxido de hidrógeno. Estos procesos producen radicales de oxígeno reactivos, sin la interferencia de catalizadores metálicos. Algunos ejemplos son la combinación de peróxido de hidrógeno con ozono (peroxona) o luz ultravioleta. El resultado de estos métodos es la oxidación de gran alcance de sustancias difícilmente degradables, sin la producción de residuos o lodos. Estos métodos se utilizan en todo el mundo para el tratamiento de aguas subterráneas, para el tratamiento de agua potable y agua de proceso y para la desinfección y eliminación de materia orgánica de las aguas residuales industriales.
¿Cómo funciona la desinfección con peróxido de hidrógeno?
Entre otras aplicaciones, el peróxido de hidrógeno se utiliza como desinfectante. Se utiliza para tratar la inflamación de las encías y para desinfectar el agua (potable). También se utiliza para combatir el crecimiento microbiano excesivo en los sistemas de agua y las torres de refrigeración.
En los Estados Unidos, el peróxido de hidrógeno se utiliza cada vez con más frecuencia para tratar los suministros de agua individuales. Se utiliza para evitar la formación de colores, sabores, corrosión e incrustación por la degradación de la contaminación (hierro, manganeso, sulfatos) y la degradación de los microorganismos. El peróxido de hidrógeno reacciona muy rápidamente. Luego se desintegra en hidrógeno y agua, sin la formación de subproductos. Esto aumenta la cantidad de oxígeno en el agua.
El mecanismo de desinfección del peróxido de hidrógeno se basa en la liberación de radicales libres de oxígeno:
H2O2 → H2O + O2
Las contaminaciones son descompuestas por los radicales libres de oxígeno, y sólo queda agua. Los radicales libres tienen capacidad tanto de oxidación como de desinfección. El peróxido de hidrógeno elimina las proteínas a través de la oxidación.
Los peróxidos, como el peróxido de hidrógeno (H2O2), el perborato, el peroxifosfato y el persulfato, son buenos desinfectantes y oxidantes. En general, pueden eliminar adecuadamente los microorganismos. Sin embargo, estos peróxidos son muy inestables.
Los perboratos son muy tóxicos. El ácido peracético (PAA) es un ácido fuerte. Puede ser muy agresivo en su forma pura. Los persulfatos estabilizados pueden utilizarse para sustituir al cloro en el tratamiento de aguas residuales.
¿Se utiliza el peróxido de hidrógeno para la desinfección del agua potable?
En la década de 1950, el peróxido de hidrógeno se utilizó por primera vez para la desinfección del agua potable en Europa del Este. Es conocido por su alta eficacia oxidativa y biocida. El peróxido de hidrógeno no se ha utilizado con frecuencia para la desinfección del agua potable, pero su popularidad parece aumentar. A menudo se utiliza combinado con el ozono, la plata o los rayos UV.
¿Se utiliza el peróxido de hidrógeno para la desinfección de piscinas?
Las aplicaciones de los peróxidos para la desinfección y el tratamiento del agua son limitadas. Recientemente, se han desarrollado formas más estables, que pueden utilizarse para su aplicación en piscinas.
La desinfección con peróxido de hidrógeno requiere una dosis elevada. La principal desventaja es la escasa capacidad de desinfección y oxidación del peróxido de hidrógeno en concentraciones activas (decenas de miligramos por litro), que son las necesarias para la desinfección de piscinas. Otro problema es la rápida descomposición del peróxido de hidrógeno en el agua y la presencia de radicales de oxígeno. Mediante la adición de estabilizadores, se retrasa la descomposición del peróxido de hidrógeno y se puede mantener la capacidad de desinfección.
Comparado con el cloro, el bromo, el ozono y otros desinfectantes, el peróxido de hidrógeno no es un desinfectante muy potente. La desinfección de piscinas mediante peróxido de hidrógeno no está permitida, a no ser que se utilice en combinación con otros desinfectantes (UV, ozono, sales de plata o sales de amoníaco). El peróxido de hidrógeno mejora la capacidad de desinfección de otros desinfectantes.
¿Se puede utilizar el peróxido de hidrógeno para la desinfección del agua de las torres de refrigeración?
El peróxido de hidrógeno puede utilizarse para la desinfección del agua de las torres de refrigeración, cuando se combina con otros desinfectantes. El ácido peracético (CH3COOH, PAA) también puede utilizarse para la desinfección del agua de las torres de refrigeración.
¿El peróxido de hidrógeno elimina el cloro?
El peróxido de hidrógeno puede utilizarse para la decloración, es decir, para eliminar el cloro residual. El cloro residual forma ácidos corrosivos cuando es oxidado por el aire o los condensados en los sistemas de proceso.
Cuando el cloro reacciona con el peróxido de hidrógeno, éste se descompone en agua y oxígeno. El gas de cloro se hidroliza en ácido hipocloroso (HOCl), que posteriormente se ioniza en iones de hipoclorito (OCl).
Cl2 + HOCl + H+ + Cl
HOCl + H+ + Cl
Después, el peróxido de hidrógeno reacciona con el hipoclorito:
OCl- + H2O2 (g) -> Cl- + H2O + O2
La reacción entre el peróxido de hidrógeno y el hipoclorito se produce muy rápidamente. Otras sustancias orgánicas e inorgánicas no pueden reaccionar con el hipoclorito.
¿Cuáles son las ventajas e inconvenientes del uso del peróxido de hidrógeno?
Ventajas
A diferencia de otras sustancias químicas, el peróxido de hidrógeno no produce residuos ni gases. La seguridad depende de la concentración aplicada, porque el peróxido de hidrógeno es completamente soluble en agua.
Desventajas
El peróxido de hidrógeno es un potente oxidante. Reacciona con una gran variedad de sustancias. Por ello, se diluye durante el transporte, como medida de seguridad. Sin embargo, para la desinfección con peróxido de hidrógeno se requieren altas concentraciones.
El peróxido de hidrógeno se descompone lentamente en agua y oxígeno. Un aumento de la temperatura y la presencia de contaminantes potencian este proceso.
La concentración de peróxido de hidrógeno en una solución disminuye lentamente. Esto se debe a la siguiente reacción:
2 H2O2 → 2 H2O + O2
Se trata de una reacción redox. Las moléculas de hidrógeno funcionan en parte como reductoras y en parte como oxidantes.
¿Es eficaz el peróxido de hidrógeno?
La eficacia del peróxido de hidrógeno depende de varios factores, como el pH, los catalizadores, la temperatura, la concentración de peróxido y el tiempo de reacción.
¿Cuáles son los efectos del peróxido de hidrógeno sobre la salud?
La exposición al peróxido de hidrógeno tiene lugar a través de la inhalación de la humedad o la niebla, a través de la ingesta de alimentos y del contacto con la piel o los ojos. El peróxido de hidrógeno puede irritar los ojos, la piel y las membranas mucosas. La exposición de los ojos a concentraciones del 5% o más puede provocar daños oculares permanentes. Las pruebas con animales de laboratorio de la Agencia Internacional de Investigación del Cáncer (IARC) estadounidense muestran que el peróxido de hidrógeno puede ser cancerígeno para los animales. Las pruebas de laboratorio con bacterias muestran que el peróxido de hidrógeno es mutagénico; cambia y daña el ADN. Cuando los seres humanos inhalan peróxido de hidrógeno, éste causa irritación pulmonar. La exposición de la piel provoca ampollas dolorosas, quemaduras y blanqueamiento de la piel. Los órganos más sensibles a la exposición al peróxido de hidrógeno son los pulmones, los intestinos, el timo, el hígado y los riñones. Se desconocen los efectos de la exposición crónica en los seres humanos. Los efectos sobre la reproducción y el desarrollo no están demostrados hasta ahora.
¿Cuál es la legislación sobre el peróxido de hidrógeno?
UE
El peróxido de hidrógeno no se menciona en la norma europea sobre agua potable 98/83/CE.
EEUU
En EEUU, el peróxido de hidrógeno está registrado como pesticida por la EPA en 1977.
¿Qué sustancias pueden combinarse con el peróxido de hidrógeno?
Para la desinfección, el peróxido de hidrógeno puede combinarse con otros agentes. Por ejemplo, ácido peracético y peroxona.