Peróxido de hidrogênio (H2O2): estrutura, propriedades, usos, obtenção - Ciência - 2023

Contente

o peróxido de hidrogênio é um composto inorgânico cuja fórmula química é H₂OU₂. De todos, é o peróxido mais simples dessa família de compostos químicos. Sua fórmula estrutural é H-O-O-H, sendo esta ponte oxigenada interna característica para todos os peróxidos.

Em 1818, o H₂OU₂ Foi identificado por Louies Jacques Thénard, que preparou um composto químico que na época chamou de peróxido de hidrogênio. É um composto instável, que se decompõe quando exposto à luz, ao calor e a alguns metais.

É um composto muito útil que é usado na desinfecção de pequenas feridas, clareamento de cabelo, tratamento de água, etc. Embora possa ter ações prejudiciais ao homem, é encontrada em todas as células eucarióticas dos seres vivos, onde desempenha diversas funções benéficas.

O peróxido de hidrogênio produz a oxidação de substâncias tóxicas como fenóis, etanol, formaldeído, etc., produtos que são eliminados pelo fígado e rins. Além disso, contribui para a destruição de bactérias fagocitadas por leucócitos neutrofílicos e macrófagos.

Estrutura

Molécula

A imagem superior mostra a estrutura da molécula H₂OU₂ (H-O-O-H), com as esferas vermelhas correspondendo aos átomos de oxigênio, e as brancas, os átomos de hidrogênio. Observe que a molécula não é plana e que os átomos de H não são eclipsados no espaço (frente a frente).

Curiosamente, para o H₂OU₂ É difícil para ele girar sua ligação O-O simples central, de modo que as posições desses H não podem ser trocadas; um não vai descer enquanto o outro sobe.

Por quê? Porque nos dois átomos de oxigênio existem dois pares livres de elétrons, o que dá um total de oito elétrons muito próximos que se repelem devido às suas cargas negativas.

Rotações

No entanto, a ligação O-O é suscetível a uma ligeira rotação devido às interações com seu ambiente.

Por exemplo, aproximando os dois polegares, com os dedos indicadores estendidos e os outros fechados, como se desenhasse uma quadra, e girando os polegares de forma que um dos dedos indicadores apontasse para a frente e o outro para trás, você teria um representação aproximada de H₂OU₂.

Se um corpo tocar qualquer um dos dedos indicadores, os polegares irão girar em resposta a essa interação; entretanto, eles retornarão imediatamente à sua posição original devido às repulsões eletrônicas mencionadas acima. Essas rotações, portanto, enquadram os aspectos dinâmicos desta molécula.

Interações intermoleculares

No estado líquido, o H₂OU₂ consegue estabelecer ligações de hidrogênio (HOOH-O₂H₂), uma vez que, caso contrário, o seu alto ponto de ebulição (150 ºC) em comparação com a água não seria explicado.

Assim que passa para a fase gasosa, as moléculas H₂OU₂ presumivelmente, ele não pode mais formar tais pontes, devido não apenas à maior distância intermolecular, mas também os átomos de hidrogênio seriam os primeiros a se tocar em caso de colisões (isso pode ser visualizado usando o modelo do dedo novamente).

Já na fase sólida, o ângulo dos planos estabelecido pelo H é de 90º (coloque os dedos indicadores perpendiculares). Agora as ligações de hidrogênio se tornam ainda mais importantes e as moléculas de H₂OU₂ eles estão dispostos em um cristal com uma estrutura tetragonal.

Propriedades

sBottle com água oxigenada. Nas farmácias, é obtido com uma concentração de 3% m / v. Fonte: Pixnio.

Nomes

-Peróxido de hidrogênio

-Dioxidano

-Oxidanol

-Ácido peridroxico

-O-hidroxiol

-Água oxigenada

Massa molar

34,0147 g / mol

Aparência física

Líquido azul claro (concentrado) ou incolor. É um pouco mais viscoso e denso que a água. É destilado por segurança a baixas temperaturas e sob pressão reduzida, uma vez que se decompõe por aquecimento de forma explosiva.

Odor

Odor agudo ou semelhante ao do ozônio.

Sabor

Amargo

Densidade

Sólido 1,71 g / cm³

As densidades de suas soluções aquosas dependem de sua concentração; por exemplo, a 27% tem uma densidade de 1,10 g / cm³, enquanto a 50%, 1,13 g / cm³

Ponto de fusão

- 0,43 ºC

Ponto de ebulição

150,2 ° C Esse valor foi obtido por extrapolação, uma vez que o peróxido de hidrogênio se decompõe em altas temperaturas.

Solubilidade em água

Miscível ≥ 100 mg / mL a 25 ºC

Solubilidade

É solúvel em éter e álcoois, mas insolúvel em éter de petróleo. Ele se decompõe em água e oxigênio em muitos solventes orgânicos.

Coeficiente de partição octanol / água

Log P = - 0,43

Pressão de vapor

5 mmHg a 30 ° C

Constante de dissociação

pKa = 11,72

pH

As soluções de peróxido de hidrogênio são ligeiramente ácidas. Por exemplo, um de 35% tem um pH de 4,6; mas quando concentrado a 90%, o pH torna-se menos ácido: 5,1.

Índice de refração (n_D)

1,4061

Viscosidade

1.245 cPoise a 20 ° C.

Capacidade de calor

1.267 J / gK (gás)

2.619 J / gK (líquido)

Calor da vaporização

1.519 J / gK

Estabilidade

Estável nas condições recomendadas. É ainda estabilizado pela adição de acetanilida e sais de estanho.

Corrosão

Corrosivo

Decomposição

Ele se decompõe quando exposto à luz ou na presença de substâncias oxidantes e redutoras. Também se decompõe com o aquecimento. Ao se decompor, libera água e oxigênio, sendo favorecido pelo aumento do pH e da temperatura, bem como pela presença da enzima catalase.

Tensão superficial

80,4 dinas / cm a 20 ° C

Reatividade

O H₂OU₂ Atua como um agente oxidante em soluções ácidas de ferro ferroso (Fe²⁺) para ferro férrico (F³⁺); também oxida o íon sulfito (SO₃^2-) para íon sulfato (SO₄^2-).

Pode também atuar como redutor na presença de soluções básicas, reduzindo o hipoclorito de sódio (NaOCl) e o permanganato de potássio (KMnO₄) com a liberação de oxigênio.

Formulários

Branqueamento

O peróxido de hidrogênio é usado na indústria de papel no branqueamento de celulose e papel, que consome a maior parte de sua produção anual.

Desinfetante

O peróxido de hidrogênio é um anti-séptico suave para prevenir a infecção de pequenas feridas, arranhões e queimaduras. Também é usado como enxaguatório bucal e para aliviar irritações leves da boca devido à presença de aftas ou gengivite.

Também é usado para desinfetar superfícies, o interior de geladeiras, água e combater o crescimento excessivo de bactérias em sistemas de água e torres de resfriamento. O peróxido de hidrogênio libera radicais livres de oxigênio, que decompõem os poluentes.

Detergente

O peróxido de hidrogênio é usado na fabricação de detergentes para branquear roupas, incluindo o percarbonato de sódio. Este composto é um complexo de carbonato de sódio e peróxido de hidrogênio que, quando dissolvido em água, se separa em seus componentes.

Aplicação cosmética

O peróxido de hidrogênio diluído é usado no clareamento do cabelo, antes da coloração. Também é usado para branquear os dentes, bem como parte de um creme dental caseiro.

Propulsor

O peróxido de hidrogênio é usado como monopropelente ou componente oxidante de um foguete bipropolente. Ele se decompõe liberando oxigênio e água, característica que permitiu seu uso como propelente.

É bombeado para uma célula de reação com a presença de um catalisador que acelera a referida decomposição. Durante isso, um vapor de água de alta temperatura é produzido.

Quando o vapor é expelido por uma fenda, ele produz um impulso. O submarino V-80, construído em 1940, usava oxigênio gerado a partir do peróxido de hidrogênio em suas turbinas; chamado sistema de turbina de Walter.

Obtendo

Inicialmente, o peróxido de hidrogênio foi obtido industrialmente por hidrólise de persulfato de amônio, [(NH₄)₂S₂OU₈] ou a eletrólise de bissulfato de amônio, NH₄HSO₄.

O peróxido de hidrogênio é atualmente obtido industrialmente por meio do uso da antraquinona. O processo é realizado em quatro etapas: hidrogenação, filtração, oxidação, extração e purificação.

Hidrogenação

A alquilanidroquinona é hidrogenada passando o gás hidrogênio por um hidrogenador carregado com alumina e uma pequena quantidade do catalisador (paládio). A temperatura é mantida a 45ºC com agitação permanente.

A alquildroquinona é convertida na alquilantra-hidroquinona e na tetra-hidroalquilantra-hidroquinona, sendo esta última selecionada por sua conveniência para os procedimentos seguintes.

Filtração

A solução contendo a antraquinona hidrogenada é filtrada para remover vestígios do catalisador que pode conter.

Oxidação

A solução filtrada é oxidada pela passagem de ar através dela, formando peróxido de hidrogênio de baixa pureza.

Extração e purificação

A solução de peróxido de hidrogênio passa por uma coluna de extração líquido-líquido. A água flui pela coluna, enquanto a solução de peróxido de hidrogênio é bombeada através dela.

A água chega ao fundo do extrator com uma concentração de peróxido de hidrogênio entre 25 e 35% p / p. Em seguida, é purificado por destilação a vácuo, até uma concentração de peróxido de hidrogênio de 30%. Finalmente, ele se estabiliza e é armazenado.

Riscos

O peróxido de hidrogênio é um agente corrosivo, logo em contato com a pele causa irritação severa, além de clareamento temporário (imagem acima). Também pode causar lesões oculares, coceira, erupção na pele, vermelhidão e bolhas.

A inalação causa irritação no nariz, garganta e pulmões. Enquanto isso, a exposição repetida pode causar bronquite, tosse, catarro e falta de ar. E como se não bastasse, também gera dores de cabeça, tonturas, náuseas e vômitos.

A exposição severa ao peróxido de hidrogênio pode causar o acúmulo de fluido nos pulmões, conhecido como edema pulmonar - uma condição séria que requer atenção médica imediata.

A Administração de Segurança e Saúde Ocupacional (OSHA) estabeleceu o máximo permitido para peróxido de hidrogênio de 1 ppm em um ambiente de trabalho em um turno de 8 horas. No entanto, por se tratar de um composto mutagênico, a exposição deve ser mínima.

Referências

Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica. (Quarta edição). Mc Graw Hill.
Wikipedia. (2019). Peróxido de hidrogênio. Recuperado de: en.wikipedia.org
William R. Busing e Henri A. Levy. (2004). Estrutura Cristal e Molecular do Peróxido de Hidrogênio: Um Estudo de Difração de Nêutrons. doi.org/10.1063/1.1696379
Centro Nacional de Informações sobre Biotecnologia. (2019). Peróxido de hidrogênio. Banco de dados PubChem. CID = 784. Recuperado de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
Os editores da Encyclopaedia Britannica. (27 de novembro de 2018). Peróxido de hidrogênio. Encyclopædia Britannica. Recuperado de: britannica.com
Departamento de Saúde de Nova Jersey. (2016). Peróxido de hidrogênio. [PDF]. Recuperado de: nj.gov
Mathews, C. K., Van Holde, K. E., Ahern, K. G. (2002). Bioquímica. Terceira edição. Editor Pearson Addison Wesley
Web MD. (2019). Peróxido de hidrogênio. Recuperado de: webmd.com