Peróxido de hidrógeno

Peróxido de hidrógeno
Estructura del peróxido de hidrógeno (parámetros geométricos en estado gaseoso)
Identificación
Nombre IUPAC	peróxido de hidrógeno
Sinónimos	peróxido de hidrógeno, perhidrol
N o CAS	7722-84-1
N o ECHA	100,028,878
N o CE	231-765-0
N o RTECS	MX0899500
Código ATC	A01 AB02 , D08 AX01 , S02 AA06
PubChem	784
CHEBI	16240
Sonrisas	OO PubChem , vista 3D
InChI	InChI: vista 3D InChI = 1S / H2O2 / c1-2 / h1-2H InChIKey: MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N
Apariencia	líquido azul pálido (puro)
Propiedades químicas
Fórmula	H 2 O 2   [Isómeros]
Masa molar	34,0147 ± 0,0007  g / mol H 5,93%, O 94,07%,
Momento dipolar	1,573  ± 0,001  D
Susceptibilidad magnética	χmetro{\ Displaystyle \ chi _ {m}} -17,3 × 10 -6  cm 3 · mol -1
Diámetro molecular	0.358  nm
Propiedades físicas
T ° fusión	−6  ° C ( 10  % m ), −33  ° C ( 35  % m ), −52  ° C ( 50  % m ), −40  ° C ( 70  % m ), −11  ° C ( 90  % m ), −0,4  ° C ( 100  % m) )
T ° hirviendo	102  ° C ( 10  % m ), 108  ° C ( 35  % m ), 114  ° C ( 50  % m ), 125  ° C ( 70  % m ), 141  ° C ( 90  % m ), 150  a  152  ° C ( 100  % m , descomp. )
Solubilidad	suelo. en éter dietílico , insol. en éter de petróleo , descompuesto por muchos disolventes orgánicos
Parámetro de solubilidad δ	45,9  J 1/2 · cm -3/2 ( 25  ° C )
Miscibilidad	en agua: miscible
Densidad	1,03  g · cm -3 ( 10  % peso , 25  ° C ), 1,13  g · cm -3 ( 35  % p , 25  ° C ) 1,19  g · cm -3 ( 50  % p , 25  ° C ) 1,28  g · cm -3 ( 70  % m , 25  ° C ) 1,39  g · cm - 3 ( 90  % peso , 25  ° C ) 1,44  g · cm -3 ( 100  % m , 25  ° C )
Presión de vapor saturante	a 20  ° C  : 0,2 (90%), 0,1 (70%) kPa. 3,9  mbar a 30  ° C . 13,2  mbar a 50  ° C
Termoquímica
S 0 gas, 1 bar	232,95 J / mol · K
S 0 líquido, 1 bar	110 J / mol · K
Δ f H 0 gas	-136,11  kJ · mol -1
Δ f H 0 líquido	-187,5  kJ · mol -1
Δ f H 0 sólido	-200  kJ · mol -1
Δ vapor H °	51,6  kJ · mol -1 ( 1  atm , 25  ° C )
Propiedades electronicas
1 re energía de ionización	10,58  ± 0,04  eV (gas)
Propiedades ópticas
Índice de refracción	noD25{\ Displaystyle {\ textit {n}} _ {D} ^ {25}} 1.407
Precauciones
SGH
Peligro H271 , H302 , H314 y H332 H271  : Puede provocar un incendio o una explosión; oxidante fuerte H302  : Nocivo en caso de ingestión H314  : Provoca quemaduras graves en la piel y lesiones oculares H332  : Nocivo por inhalación
WHMIS
C, E, F, C  : El material oxidante provoca o promueve la combustión de otro material liberando oxígeno E  : Material corrosivo Transporte de mercancías peligrosas: clase 8 F  : Material peligrosamente reactivo sujeto a una violenta reacción de descomposición; se vuelve autorreactivo en caso de shock o aumento de temperatura 1.0% de divulgación de acuerdo con la lista de divulgación de ingredientes
NFPA 704
0 3 3 BUEY
Transporte
> 60%: 559    2015    Código Kemler: 559  : sustancia muy oxidante (favorece el fuego) que puede producir espontáneamente una reacción violenta. Número ONU  : 2015  : PERÓXIDO DE HIDRÓGENO EN SOLUCIÓN ACUOSA ESTABILIZADA que contiene más del 60% de peróxido de hidrógeno; o PERÓXIDO DE HIDRÓGENO, ESTABILIZADO Clase: 5.1 Código de clasificación: OC1  : Materiales corrosivos oxidantes: Líquidos; Etiquetas: 5.1  : Sustancias comburentes 8  : Sustancias corrosivas Embalaje: Grupo de embalaje I  : Sustancias muy peligrosas; 20 a 60%: 58    2014    Código Kemler: 58  : material oxidante (promueve el fuego), corrosivo Número ONU  : 2014  : SOLUCIÓN ACUOSA DE PERÓXIDO DE HIDRÓGENO que contiene al menos 20 por ciento pero no más del 60 por ciento de peróxido de hidrógeno (estabilizado según sea necesario) Clase: 5.1 Código de clasificación: OC1  : Corrosivo comburente materiales: Líquidos; Etiquetas: 5.1  : Sustancias comburentes 8  : Sustancias corrosivas Embalaje: Grupo de embalaje II  : Sustancias medianamente peligrosas; 8 a 20%: 50    2984    Código Kemler: 50  : material oxidante (promueve el fuego) Número ONU  : 2984  : PERÓXIDO DE HIDRÓGENO EN SOLUCIÓN ACUOSA que contiene al menos 8 por ciento pero menos del 20 por ciento de peróxido de hidrógeno (estabilizado según sea necesario) Clase: 5.1 Código de clasificación: O1  : Sustancias oxidantes sin subsidiar riesgo o artículos que contengan tales sustancias: Líquidos; Etiqueta: 5.1  : Sustancias comburentes Embalaje: Grupo de embalaje III  : Sustancias de bajo peligro.
Clasificación IARC
Grupo 3: No clasificable en cuanto a su carcinogenicidad para los seres humanos.
Inhalación	Fuerte irritación, posible muerte.
Piel	Blanquea; limpiar inmediatamente.
Ojos	Peligroso; lavar inmediatamente durante un cuarto de hora.
Ingestión	Lesión grave, posible muerte.
Otro	Más información: Base de datos de sustancias químicas peligrosas
Ecotoxicología
DL 50	2000  mg · kg -1 (ratón, oral ) > 50.000  mg · kg -1 (ratón, iv ) 1.072  mg · kg -1 (ratón, sc ) 880  mg · kg -1 (ratón, ip ) 12.000  mg · kg -1 (ratón, piel )
CL 50	2000 mg / m 3 durante 4 horas (rata, inhalación )
Unidades de SI y STP a menos que se indique lo contrario.

El peróxido de hidrógeno es un compuesto químico de fórmula H 2 O 2. Su solución acuosa se llama peróxido de hidrógeno . Es incoloro y ligeramente más viscoso que el agua.

El peróxido de hidrógeno tiene propiedades oxidantes , por ejemplo con respecto a los iones yoduro, y propiedades reductoras , por ejemplo con respecto a los iones permanganato. Es un agente blanqueador eficaz. Se utiliza como antiséptico.

El peróxido de hidrógeno se encuentra naturalmente en los seres vivos como un subproducto de la respiración celular . Todos los organismos aeróbicos tienen enzimas llamadas peroxidasas que catalizan la desproporción de H 2 O 2en H 2 Oy O 2 :

2 H 2 O 2→ 2 H 2 O+ O 2  ( Δ r H = -195,2  kJ / mol ).

La concentración de las soluciones de peróxido de hidrógeno se suele indicar en "volúmenes" o en mol / l . Por definición, 1  l de peróxido de hidrógeno en x volúmenes es probable que libere x litros de O 2gas, medido en condiciones normales de temperatura y presión, por desproporción de H 2 O 2(ecuación química anterior). La correspondencia es de aproximadamente 10 volúmenes por 1  mol / l .

El peróxido de hidrógeno se utilizó en la aeronáutica como oxidante (por ejemplo, el T-Stoff utilizado en la década de 1940 para el Messerschmitt Me 163B ), e incluso como monergol para los cinturones de cohetes en la década de 1960 . Sigue utilizándose en astronáutica como propulsor oxidante para las naves Soyuz rusas.

Producción

• En 1992 , Estados Unidos produjo alrededor de 348.000 toneladas. Y Canadá produjo alrededor de 143.000  t / año  ;
• En 1995 , América del Norte (incluido México) tenía una capacidad de producción estimada de 547.000  t / año  ;
• Durante la primera mitad de la década de 1990 , la capacidad global de peróxido de hidrógeno se estimó entre 1.800.000 y 1.900.000  t / año .

Método de fabricación

Históricamente, el peróxido de hidrógeno se prepara mediante la electrólisis de una solución acuosa de ácido sulfúrico o bisulfato de amonio (NH 4 HSO 4), seguida de hidrólisis de peroxodisulfato S 2 O 82− entrenado.

Actualmente, el peróxido de hidrógeno se produce casi exclusivamente por autooxidación de 2-alquil antrahidroquinona a 2-alquil antraquinona ( proceso de antraquinona ). Los fabricantes utilizan más particularmente los derivados 2- etil o 2- amil de la antraquinona . La mayoría de los procesos industriales utilizan el burbujeo de aire comprimido a través de una solución de un derivado de dihidroxiantraceno, reaccionando el dioxígeno con los protones lábiles de los grupos hidroxilo para dar el peróxido de hidrógeno, dando así el derivado de antraquinona . A continuación, se extrae el peróxido de hidrógeno y se reduce el derivado de antraquinona con hidrógeno en presencia de un catalizador metálico para restaurar el derivado de dihidroxiantraceno, pudiendo así repetirse el ciclo. Este proceso también se conoce como proceso Riedl-Pfleiderer y fue descubierto en 1936 . En 2005 , la producción mundial de peróxido de hidrógeno alcanzó los 2,2 millones de toneladas. La síntesis electroquímica de H 2 O 2de agua y oxígeno es una alternativa muy prometedora porque permite: (a) la producción local donde se necesita y (b) el uso de energía eléctrica para la síntesis química.

Compuesto natural

El peróxido de hidrógeno no solo es producido por microorganismos sino también por proteínas DUOX . Luego se desintoxica con peroxidasas para producir hipotiocianita . Es producido naturalmente por el escarabajo bombardero y actúa como un sistema de defensa en combinación con la hidroquinona . Este exotérmica de reacción libera energía y eleva la temperatura de la mezcla a aproximadamente 100  ° C .

Descomposición

El peróxido de hidrógeno se descompone en una reacción exotérmica de desproporción de agua y oxígeno en proporciones dependientes de la temperatura, concentración, presencia de impurezas y estabilizadores. Se descompone en muchas sustancias, incluida la mayoría de los metales de transición y sus compuestos, compuestos orgánicos, polvo, etc. Esparcir peróxido de hidrógeno sobre material inflamable puede provocar un incendio.

El uso de un catalizador ( como dióxido de manganeso , permanganato de potasio , plata o una enzima como la catalasa ) aumenta en gran medida la velocidad de descomposición del peróxido de hidrógeno. Este fenómeno produce una intensa liberación de oxígeno y un calor elevado. Los contenedores de almacenamiento deben estar hechos de un material compatible, como polietileno o aluminio, y limpiarse de cualquier impureza (un proceso llamado pasivación ).

La reacción de desproporción es lenta y las soluciones acuosas de peróxido de hidrógeno se pueden almacenar durante mucho tiempo en determinadas condiciones. El denominado peróxido de hidrógeno comercial “estabilizado” contiene agentes que permiten complejar o adsorber impurezas en solución. Estos catalizan la desproporción y aceleran la descomposición de la solución, a veces violenta. Para evitar esto, se pueden utilizar diversos agentes estabilizantes, tales como fosfatos, estannatos o silicatos de sodio, ácido fosfórico o también acetanilida .

La desproporción resalta las propiedades oxidantes y reductoras del peróxido de hidrógeno. La desproporción se puede describir como una reacción entre H 2 O 2oxidante y H 2 O 2reductor .

La reacción de desproporción

2 H 2 O 2 → 2 H 2 O + O 2( –23,66  kcal )

se compone de las siguientes dos medias ecuaciones de oxidación-reducción :

H 2 O 2 + 2 H + + 2 e -     2 H 2 O (donde H 2 O 2⇌{\ Displaystyle \ rightleftharpoons} es el oxidante) H 2 O 2     O 2 + 2 H + + 2 e - (donde H 2 O 2⇌{\ Displaystyle \ rightleftharpoons} es el reductor)

El peróxido de hidrógeno también se ha utilizado como monergol . En las décadas de 1930 y 1940, el ingeniero alemán Hellmuth Walter fue el pionero. Sin embargo, su uso en torpedos fue abandonado en la mayoría de las armadas por razones de seguridad.

Purificación

Como el peróxido de hidrógeno concentrado ( porcentaje molar superior al 70%) está restringido a la venta, algunos se sienten tentados a destilar soluciones más diluidas para obtener un monergol. Es extremadamente peligroso.

El burbujeo seguido opcionalmente por congelación fraccionada es un método más seguro. El burbujeo aprovecha el hecho de que el aire tibio (no demasiado caliente) evapora preferentemente el agua.

En concentraciones superiores al 62%, el peróxido de hidrógeno disuelto en agua se congela antes que el agua (lo contrario es cierto en concentraciones más bajas). El peróxido de hidrógeno tiende a permanecer sobreenfriado , un estado metaestable que cesa, por ejemplo, si se sumerge un cristal de "hielo oxigenado" en la solución superenfriada.

Toxicidad, ecotoxicidad

Este poderoso biocida es tóxico para muchos organismos , en dosis que varían según la especie , su edad y el contexto. Su toxicidad fue objeto de una reevaluación publicada en 1999 por la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC).

Utilizar

Uso industrial

• El peróxido de hidrógeno se utiliza principalmente para blanquear la pulpa (aproximadamente dos tercios del volumen producido en todo el mundo). Las pulpas blanqueadas pueden ser químicas, mecánicas o recicladas.

• Se utiliza en el ámbito medioambiental para el tratamiento de aguas , suelos y gases ( desulfuración , deNox,  etc. ).
• Está contenido en algunas soluciones para purificar el agua de la piscina o spa y destruir las algas verdes , que se venden con el nombre comercial de "  oxígeno activo  ".

• Pulverizado a alta temperatura, se utiliza para esterilizar envases de alimentos compuestos justo antes de incorporar su contenido (líquidos UHT como leche , zumos de frutas , etc.).

• La oxidación del luminol disuelto en el producto de hidróxido de sodio , colorante, produce una luz azul intensa sin generación de calor. Esta es la reacción básica de quimioluminiscencia , que se utiliza, por ejemplo, en barras de luz.
• Es un oxidante prometedor para la síntesis de diferentes productos químicos.

Uso médico o estético

• Secretado naturalmente por el cuerpo humano, inhibe la síntesis de pigmentos de color, incluida la melanina , y es responsable de la decoloración del cabello . Se puede utilizar (a baja concentración, del 2% al 12%) para decolorar el cabello y el cabello , de ahí la expresión “  rubio peroxidado  ”. Se utiliza en peluquería como fijador para completar una permanente o para conseguir una coloración por oxidación .
• Desinfectante para tratamiento local (código ATC: A01AB02 peróxido de hidrógeno (peróxido de hidrógeno) ). La limpieza de las heridas con peróxido de hidrógeno debe ser rápida, ya que daña las nuevas células. Sin embargo, tiene fama de ser eficaz contra el tétanos , cuya bacteria es esencialmente anaeróbica y está contraindicada para las bacterias aeróbicas ( p. Ej., Estafilococos ).
• La Organización Mundial de la Salud (OMS) ha sugerido soluciones antisépticas para las manos en las que el efecto antimicrobiano del alcohol altamente concentrado ( etanol o isopropanol ) se ve reforzado por una baja concentración de peróxido de hidrógeno, mientras que el tercer componente, el glicerol, actúa como humectante. Estas formulaciones se pueden preparar localmente en lugares remotos donde los desinfectantes de manos comerciales no están fácilmente disponibles. Para estas regiones, la síntesis local de peróxido de hidrógeno diluido es de inmensa importancia.
• Combinado con urea como peróxido de carbamida H 2 O 2 CO (NH 2 ) 2, el peróxido de hidrógeno sirve para blanquear los dientes .
• Se utiliza en la composición de determinados tratamientos dermatológicos , en particular en la queratosis seborreica .

Utilizar como combustible

• En altas concentraciones, se puede utilizar como oxidante para la propulsión de cohetes . Al descomponerse en el reactor, aporta el oxígeno necesario para la combustión de los combustibles a los que está asociado. Tiene la particularidad de poder usarse también solo como monopropulsor (por ejemplo en los Rocketbelts , o en el avión cohete X-15 para las APU , la turbobomba y los nonios ). En el último caso, es la descomposición exotérmica concentrada de peróxido de hidrógeno, provocada en la cámara de reactor por contacto con un catalizador que genera un chorro de oxígeno y vapor de agua a 600  ° C .
• U-boat  : Durante la Segunda Guerra Mundial , los equipos del ingeniero Hellmuth Walter experimentaron con la propulsión de submarinos utilizando peróxido de hidrógeno como oxidante para quemar fuel oil y operar turbinas de propulsión. Estos son los primeros submarinos anaeróbicos jamás fabricados, eliminando la necesidad de sistemas duales de propulsión diesel y eléctrica para la superficie y para el buceo. Sin embargo, incluso si el rendimiento fue satisfactorio (21  nudos en buceo, un aumento del 300% en comparación con los submarinos convencionales), este tipo de instalación de propulsión fue la pesadilla de un ingeniero (alto riesgo de incendio y explosión, enormes depósitos, autonomía limitada) y no no alcanzar el estado operativo antes de la rendición de Alemania. Los cascos de los barcos de serie ya puestos en espera se convirtieron a propulsión eléctrica diésel classic + con una capacidad de almacenamiento muy grande, creando los temidos U-boats Tipo XXI o Elektroboots  (en) . Después de 1945, los británicos reflotaron un submarino de peróxido Walter (rebautizado como HMS Meteorite en la Royal Navy ), consiguieron la colaboración del ingeniero Walter y lanzaron dos versiones mejoradas de este diseño, el HMS Explorer y Excalibur, que resultó ser extremadamente estresante para su tripulaciones (incendios espontáneos, explosiones, liberación de humos tóxicos). Los informes califican como "seguro ... 75%" oficial, mientras que los marineros pasaron a llamarse HMS Exploder y HMS Excruciator (traducción gratuita: The Explosive y The Torturer ). La llegada de los submarinos atómicos relegó esta investigación al rango de apartadero a fines de la década de 1950 .
• El vehículo terrestre supersónico Bloodhound SSC planea usar peróxido de hidrógeno como monergol .

Otros usos

• El peróxido de hidrógeno se ha utilizado durante varios años como indicador de hemoglobina en la ciencia forense . Hoy en día, esta prueba ya no se usa en medicina forense porque existen técnicas más precisas. Este descubrimiento fue realizado por el químico alemán Christian Schönbein (1799-1868). El peróxido de hidrógeno se utiliza para hacer reaccionar el luminol utilizando el hierro (II) de la hemoglobina como catalizador.
• También es un desinfectante para hidroponía y oxigenación radicular.
• El peróxido de hidrógeno también se utiliza en la fabricación de explosivos de peróxido como el peróxido de acetona (TATP).
• Asociado con la hidroquinona , el peróxido de hidrógeno es utilizado por el llamado escarabajo "bombardero" para crear una solución explosiva a alta temperatura ( 100  ° C ). Luego, la solución se proyecta sobre sus depredadores como un sistema defensivo.
• Es parte de las reacciones oscilantes muy espectaculares de Briggs-Rauscher y Bray-Liebhafsky.

Historia

El peróxido de hidrógeno fue aislado por primera vez en 1818 por Louis Jacques Thénard haciendo reaccionar peróxido de bario con ácido nítrico . El proceso podría mejorarse utilizando ácido clorhídrico en lugar de ácido nítrico, seguido de la adición de ácido sulfúrico para precipitar sulfato de bario como subproducto . Thenard método se utiliza al final del XIX °  siglo hasta mediados del XX °  siglo . Los métodos de producción actuales se analizan a continuación.

El peróxido de hidrógeno se ha considerado inestable durante mucho tiempo debido a los numerosos intentos de separarlo del agua. Esta inestabilidad se debe a las impurezas de los metales de transición presentes en soluciones, incluso en cantidades muy pequeñas, que catalizan la descomposición del peróxido de hidrógeno. Una solución pura se podría obtener por primera vez por destilación a vacío en 1894 por Richard Wolffenstein . Al final de la XIX XX  siglo , Petre Melikishvili y su estudiante L. Pizarjevski fueron capaces de mostrar que todas las fórmulas propuestas para la fórmula peróxido de hidrógeno HOOH era correcta.

El uso de peróxido de hidrógeno como esterilizante se consideró rápidamente como una alternativa eficaz al óxido de etileno y, de hecho, se ha utilizado ampliamente en la industria farmacéutica.

Notas y referencias

• (fr) Este artículo está tomado parcial o totalmente del artículo de Wikipedia en inglés titulado "  Peróxido de hidrógeno  " ( ver la lista de autores ) .

Notas

1. La expresión "peróxido de hidrógeno" también se usa, pero erróneamente, como sinónimo de "peróxido de hidrógeno", probablemente porque encontramos poco H 2 O 2 líquido puro, muy inestable.

Referencias

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31. (in) Dragomir Stanisavljev , Itana Nuša Bubanja y Kristina Stevanovic , "  Determinación del ion yodato en presencia de peróxido de hidrógeno con el flujo detenido técnico  " , Cinética de reacción, mecanismos y catálisis , vol.  118, n o  1,1 st de junio de 2 016, p.  143-151 ( ISSN  1878-5204 , DOI  10.1007 / s11144-016-0977-x , leído en línea , consultado el 19 de marzo de 2020 )
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Ver también

Artículos relacionados

• Peróxido
• Peroxidasa
• Decoloración del cabello
• Peróxido de carbamida

enlaces externos

• Ficha de seguridad .
• Ficha toxicológica INRS .
• Peróxido de hidrógeno en productos para blanquear los dientes , resumen del informe CSPC de la Comisión Europea, 2006.

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