بيروكسيد الهيدروجين (H2O2): الهيكل ، الخصائص ، الاستخدامات ، الحصول - كيمياء - 2025

و بيروكسيد الهيدروجين هو مركب غير عضوي له الصيغة الكيميائية H ₂ O ₂. من بين كل شيء ، هو أبسط بيروكسيد لهذه العائلة من المركبات الكيميائية. صيغته الهيكلية هي HOOH ، هذا الجسر المؤكسج الداخلي هو سمة لجميع البيروكسيدات.

في عام 1818 ، تم تحديد H ₂ O ₂ بواسطة Louies Jacques Thénard ، الذي أعد مركبًا كيميائيًا أطلق عليه بعد ذلك بيروكسيد الهيدروجين. إنه مركب غير مستقر ، يتحلل عند التعرض للضوء والحرارة وبعض المعادن.

الصيغة الكيميائية لبيروكسيد الهيدروجين

وهو مركب مفيد للغاية يستخدم في تطهير الجروح الطفيفة ، وتبييض الشعر ، ومعالجة المياه ، وما إلى ذلك. على الرغم من أنه يمكن أن يكون له آثار ضارة على البشر ، إلا أنه يوجد في جميع الخلايا حقيقية النواة للكائنات الحية ، حيث يؤدي العديد من الوظائف المفيدة.

ينتج بيروكسيد الهيدروجين أكسدة المواد السامة مثل الفينولات ، والإيثانول ، والفورمالدهيد ، وما إلى ذلك ، والمنتجات التي يتخلص منها الكبد والكلى. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يساهم في تدمير البكتيريا الملتهمة بواسطة الكريات البيض والعدلات الضامة.

بناء

مركب

يتم تمثيل جزيء بيروكسيد الهيدروجين بنموذج الكرة والعصا. المصدر: Benjah-bmm27 عبر ويكيبيديا.

تُظهر الصورة العلوية بنية جزيء H ₂ O ₂ (HOOH) ، حيث تتوافق الكرات الحمراء مع ذرات الأكسجين ، بينما تتطابق الكرات البيضاء مع ذرات الهيدروجين. لاحظ أن الجزيء ليس مسطحًا ، وأن ذرات H لا تنكسر في الفضاء (مقابل بعضها البعض).

ومن المثير للاهتمام ، أن H ₂ O ₂ يجد صعوبة في تدوير رابطه المركزي البسيط OO ، لذلك لا يمكن تبديل مواضع H2 ؛ لن ينزل أحدهما بينما يرتفع الآخر.

لماذا ا؟ لأنه في ذرتي الأكسجين يوجد زوجان من الإلكترونات الحرة ، مما يعطي ما مجموعه ثمانية إلكترونات قريبة جدًا والتي تتنافر بسبب الشحنات السالبة.

التناوب

ومع ذلك ، فإن ارتباط OO عرضة لدوران طفيف بسبب التفاعلات مع بيئته.

على سبيل المثال ، من خلال الجمع بين الإبهامين معًا ، مع تمديد إصبعي السبابة وإغلاق الآخرين ، كما لو كنت ترسم محكمة ، ثم تدير الإبهام بحيث يشير أحد إصبعي السبابة إلى الأمام والآخر إلى الخلف ، سيكون لديك تمثيل تقريبي لـ H ₂ O ₂.

إذا لامس الجسم أيًا من أصابع السبابة ، فسيتم تدوير الإبهام استجابة لهذا التفاعل ؛ ومع ذلك ، فإنهم سيعودون على الفور إلى وضعهم الأصلي بسبب التنافر الإلكتروني المذكور أعلاه. وبالتالي ، فإن هذه الدورات تؤطر الجوانب الديناميكية لهذا الجزيء.

التفاعلات بين الجزيئات

في الحالة السائلة ، يتمكن H ₂ O _{2 من} إنشاء روابط هيدروجينية (HOOH-O ₂ H ₂) ، لأنه بخلاف ذلك لن يتم شرح نقطة غليانه العالية (150 درجة مئوية) بالمقارنة مع الماء.

بمجرد أن يمر في الطور الغازي ، من المفترض أن جزيئات H ₂ O ₂ لم تعد قادرة على تشكيل مثل هذه الجسور ، ليس فقط بسبب المسافة الأكبر بين الجزيئات ، ولكن أيضًا ستكون ذرات الهيدروجين هي أول من يلامس في حالة الاصطدامات (هذا يمكن تصور مرة أخرى باستخدام نموذج الإصبع).

وفي الوقت نفسه ، في المرحلة الصلبة ، تكون زاوية المستويات المحددة بواسطة H 90 درجة (ضع أصابع السبابة متعامدة). الآن أصبحت الروابط الهيدروجينية أكثر أهمية ويتم ترتيب جزيئات H ₂ O ₂ في بلورة ذات هيكل رباعي الزوايا.

الخصائص

قنينة ببيروكسيد الهيدروجين. في الصيدليات يتم تحقيقه بتركيز 3٪ م / حجم. المصدر: Pixnio.

الأسماء

- بيروكسيد الهيدروجين

- ديوكسيدان

- أوكسيدانول

-حمض الهيدروكسيك

-O- هيدروكسيول

- بيروكسيد

الكتلة المولية

34.0147 جم / مول

مظهر جسماني

أزرق شاحب (مركز) أو سائل عديم اللون. إنه أكثر لزوجة وكثافة قليلاً من الماء. يتم تقطيره للسلامة في درجات حرارة منخفضة وضغط منخفض ، لأنه يتحلل بشكل متفجر عند التسخين.

رائحة

رائحة حادة أو تشبه الأوزون.

المذاق

مرارة - مر

كثافة

صلب 1.71 جم / سم ³

تعتمد كثافة محاليلها المائية على تركيزها ؛ على سبيل المثال ، عند 27٪ لها كثافة 1.10 جم / سم ³ ، بينما عند 50٪ ، 1.13 جم / سم ³

نقطة الانصهار

- 0.43 درجة مئوية

نقطة الغليان

150.2 درجة مئوية. تم الحصول على هذه القيمة عن طريق الاستقراء ، حيث يتحلل بيروكسيد الهيدروجين في درجات حرارة عالية.

الذوبان في الماء

قابل للاختلاط ≥ 100 مجم / مل عند 25 درجة مئوية

الذوبان

قابل للذوبان في الأثير والكحول ، لكنه غير قابل للذوبان في الأثير البترول. يتحلل إلى ماء وأكسجين في العديد من المذيبات العضوية.

معامل فصل الأوكتانول / الماء

سجل P = - 0.43

ضغط البخار

5 مم زئبق عند 30 درجة مئوية.

التفكك ثابت

pKa = 11.72

الرقم الهيدروجيني

محاليل بيروكسيد الهيدروجين حمضية قليلاً. على سبيل المثال ، 35٪ واحد لديه درجة حموضة 4.6 ؛ ولكن عند التركيز عند 90٪ ، يصبح الأس الهيدروجيني أقل حمضية: 5.1.

معامل الانكسار (n

14061

اللزوجة

1245 سنتمتر ثقل عند 20 درجة مئوية.

السعة الحرارية

1،267 J / gK (غاز)

2619 J / gK (سائل)

حرارة التبخير

1،519 جول / غرام ك

المزيد

مستقر في ظل الظروف الموصى بها. يتم تثبيته أيضًا عن طريق إضافة أملاح الأسيتانيليد والقصدير.

تآكل

أكالة

تقسيم

يتحلل عند التعرض للضوء أو في وجود مواد مؤكسدة ومختزلة. كما أنه يتحلل عند التسخين. عندما يتحلل ، فإنه يطلق الماء والأكسجين ، ويفضل ذلك من خلال زيادة درجة الحموضة ودرجة الحرارة ، وكذلك من خلال وجود إنزيم الكاتلاز.

التوتر السطحي

80.4 داين / سم عند 20 درجة مئوية

التفاعلية

يعمل H ₂ O ₂ كعامل مؤكسد في المحاليل الحمضية للحديد الحديدية (Fe ²⁺) إلى الحديد (F ³⁺) ؛ كما أنه يؤكسد أيون الكبريتيت (SO ₃ ^2-) إلى أيون الكبريتات (SO ₄ ^2-).

يمكن أن يعمل أيضًا كعامل اختزال في وجود المحاليل الأساسية ، مما يقلل من هيبوكلوريت الصوديوم (NaOCl) وبرمنجنات البوتاسيوم (KMnO ₄) مع إطلاق الأكسجين.

التطبيقات

تبييض

يستخدم بيروكسيد الهيدروجين في صناعة الورق في تبييض عجينة الورق والورق ، والتي تستهلك معظم إنتاجها السنوي.

مطهر

يعتبر بيروكسيد الهيدروجين مطهرًا خفيفًا لمنع الإصابة بالجروح الصغيرة والخدوش والحروق. كما أنه يستخدم كغسول للفم ولتخفيف التهيج الخفيف للفم بسبب وجود قرح الفم أو التهاب اللثة.

كما أنه يستخدم لتطهير الأسطح وداخل الثلاجات والمياه ومكافحة النمو البكتيري المفرط في أنظمة المياه وأبراج التبريد. يطلق بيروكسيد الهيدروجين جذور الأكسجين الحرة ، التي تعمل على تكسير الملوثات.

منظف

يستخدم بيروكسيد الهيدروجين في صناعة منظفات تبييض الغسيل ، بما في ذلك فوق كربونات الصوديوم. هذا المركب عبارة عن مركب من كربونات الصوديوم وبيروكسيد الهيدروجين الذي ينفصل إلى مكوناته عند إذابته في الماء.

تطبيق مستحضرات التجميل

يستخدم بيروكسيد الهيدروجين المخفف في تبييض الشعر قبل تلطيخه. كما أنها تستخدم لتبييض الأسنان ، وكذلك كجزء من معجون أسنان منزلي الصنع.

دافع

يستخدم بيروكسيد الهيدروجين كمكون أحادي أو مؤكسد لصاروخ ثنائي الاتجاه. يتحلل مع إطلاق الأكسجين والماء ، وهي خاصية سمحت باستخدامه كوقود دافع.

يتم ضخه في خلية تفاعل مع وجود محفز يعمل على تسريع عملية التحلل. خلال هذا ، يتم إنتاج بخار ماء بدرجة حرارة عالية.

عندما يتم طرد البخار من خلال فجوة ، فإنه ينتج نبضة. استخدمت الغواصة V-80 ، التي بنيت عام 1940 ، الأكسجين المتولد من بيروكسيد الهيدروجين في توربيناتها. يسمى نظام والتر توربين.

الحصول

في البداية ، تم الحصول على بيروكسيد الهيدروجين صناعيًا عن طريق التحلل المائي لثنائي كبريتات الأمونيوم ، أو التحليل الكهربائي لثنائي كبريتات الأمونيوم ، NH ₄ HSO ₄.

يتم الحصول على بيروكسيد الهيدروجين حاليًا صناعيًا من خلال استخدام أنثراكينون. تتم العملية على أربع مراحل: الهدرجة ، والترشيح ، والأكسدة ، والاستخراج ، والتنقية.

الهدرجة

تتم هدرجة الألكيلانثروكينون عن طريق تمرير غاز الهيدروجين عبر مهدرج محمل بالألومينا وكمية صغيرة من المحفز (البلاديوم). يتم الاحتفاظ بدرجة الحرارة عند 45 درجة مئوية مع التقليب الدائم.

يتم تحويل Alkyldroquinone إلى alkylanthrahydroquinone و tetrahydroalkylanthrahydroquinone ، ويتم اختيار الأخير للملاءمة للإجراءات التالية.

الترشيح

يتم ترشيح المحلول المحتوي على أنثراكينون المهدرج لإزالة آثار المحفز الذي قد يحتوي عليه.

أكسدة

يتأكسد المحلول المفلتر عن طريق تمرير الهواء خلاله ، مما يشكل بيروكسيد الهيدروجين منخفض النقاء.

الاستخراج والتنقية

يمر محلول بيروكسيد الهيدروجين عبر عمود استخلاص سائل-سائل. يتدفق الماء عبر العمود ، بينما يتم ضخ محلول بيروكسيد الهيدروجين من خلاله.

يصل الماء إلى قاع المستخرج بتركيز بيروكسيد الهيدروجين بين 25 و 35٪ وزن / وزن. بعد ذلك ، يتم تنقيته عن طريق التقطير الفراغي ، حتى تركيز بيروكسيد الهيدروجين بنسبة 30٪. أخيرًا يستقر ويتم تخزينه.

المخاطر

حرق بيروكسيد الهيدروجين. المصدر: Bobjgalindo

يعتبر بيروكسيد الهيدروجين عامل تآكل ، لذلك عند ملامسته للجلد ينتج عنه تهيج شديد ، بالإضافة إلى التبييض المؤقت (الصورة العلوية). يمكن أن يتسبب أيضًا في تلف العين والحكة والطفح الجلدي والاحمرار والتقرح.

يسبب الاستنشاق تهيجًا في الأنف والحلق والرئتين. وفي الوقت نفسه ، يمكن أن يؤدي التعرض المتكرر إلى التهاب الشعب الهوائية والسعال والبلغم وضيق التنفس. وكأنه لم يكن كافيًا ، فإنه يسبب أيضًا الصداع والدوخة والغثيان والقيء.

يمكن أن يؤدي التعرض الشديد لبيروكسيد الهيدروجين إلى تراكم السوائل في الرئتين ، والمعروفة باسم الوذمة الرئوية - وهي حالة خطيرة تتطلب عناية طبية فورية.

حددت إدارة السلامة والصحة المهنية (OSHA) الحد الأقصى المسموح به لبيروكسيد الهيدروجين البالغ 1 جزء في المليون في بيئة العمل في وردية عمل مدتها 8 ساعات. ومع ذلك ، نظرًا لأنه مركب مطفر ، يجب تقليل التعرض إلى الحد الأدنى.

المراجع

1. رجفة وأتكينز. (2008). الكيمياء غير العضوية. (طبعة رابعة). ماك جراو هيل.
2. ويكيبيديا. (2019). بيروكسيد الهيدروجين. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
3. وليام ر. بوسينج وهنري أ. ليفي. (2004). التركيب البلوري والجزيئي لبيروكسيد الهيدروجين: دراسة حيود النيوترونات. doi.org/10.1063/1.1696379
4. المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية. (2019). بيروكسيد الهيدروجين. قاعدة بيانات PubChem. CID = 784. تم الاسترجاع من: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. محررو Encyclopaedia Britannica. (27 نوفمبر 2018). بيروكسيد الهيدروجين. Encyclopædia Britannica. تم الاسترجاع من: britannica.com
6. وزارة الصحة في نيو جيرسي. (2016). بيروكسيد الهيدروجين.. تم الاسترجاع من: nj.gov
7. ماثيوز ، سي كيه ، فان هولدي ، كيه إي ، أهيرن ، كغ (2002). الكيمياء الحيوية. الطبعة الثالثة. الناشر بيرسون أديسون ويسلي
8. ويب MD. (2019). بيروكسيد الهيدروجين. تم الاسترجاع من: webmd.com