Peróxido de Hidrogênio: Propriedades, Fórmula, Estrutura e Usos

O peróxido de hidrogênio ou peróxido de hidrogênio, o dioxogênio ou o dioxano é um composto químico que é representado pela fórmula H2O2. Em sua forma pura, ele não apresenta cor, além de estar em estado líquido, mas é um pouco mais viscoso que a água, devido à quantidade de "pontes de hidrogênio" que podem ser formadas.

Este peróxido também é reconhecido como um dos peróxidos mais simples, ou seja, peróxido, aqueles compostos que possuem uma ligação oxigênio-oxigênio simples.

Seus usos são variados, variando de seu poder como oxidante, agente de branqueamento e desinfetante, e mesmo em altas concentrações, tem sido usado como combustível para espaçonaves, tendo interesse especial na química de propelentes e explosivos.

Peróxido de hidrogênio, é um instável e se decompõe lentamente na presença de bases ou catalisadores. Devido a esta instabilidade, o peróxido é normalmente armazenado com algum tipo de estabilizador, que está na presença de soluções ligeiramente ácidas.

O peróxido de hidrogênio pode ser encontrado em sistemas biológicos que fazem parte do corpo humano, e as enzimas que atuam decompondo-o são conhecidas como "peroxidases".

Descoberta

A descoberta do peróxido de hidrogênio é atribuída ao cientista francês Louis Jacques Thenard, quando ele reagiu ao peróxido de bário com ácido nítrico.

Uma versão melhorada deste processo usava ácido clorídrico e pela adição de ácido sulfúrico para que o sulfato de bário pudesse ser precipitado. Esse processo foi usado desde o final do século XIX até meados do século XX para produzir peróxido.

Sempre se pensou que o peróxido era instável, devido a todas as tentativas fracassadas de isolá-lo da água. Mas a instabilidade se deveu principalmente às impurezas dos sais dos metais de transição, que catalisaram sua decomposição.

O peróxido de hidrogênio puro foi sintetizado pela primeira vez em 1894, quase 80 anos após sua descoberta, graças ao cientista Richard Wolffenstein, que o produziu graças à destilação a vácuo.

Sua estrutura molecular era difícil de determinar, mas o físico químico italiano Giacomo Carrara foi quem determinou sua massa molecular por descendência crioscópica, graças à qual sua estrutura pode ser confirmada. Até aquele momento, pelo menos, uma dúzia de estruturas hipotéticas haviam sido propostas.

Fabricação

Anteriormente, o peróxido de hidrogênio era preparado industrialmente por hidrólise do peroxidissulfato de amônio, obtido pela eletrólise de uma solução de bissulfato de amônio (NH4HSO4) em ácido sulfúrico.

Hoje, o peróxido de hidrogênio é fabricado quase exclusivamente pelo processo de antraquinona, que foi formalizado em 1936 e patenteado em 1939. Ele começa com a redução de uma antraquinona (como a 2-etilantraquinona ou o derivado 2-amílico) até a antra-hidroquinona correspondente, tipicamente por hidrogenação sobre um catalisador de paládio.

A antra-hidroquinona sofre então auto-oxidação para regenerar a antraquinona de partida, com o peróxido de hidrogênio como subproduto. A maioria dos processos comerciais obtém oxidação fazendo borbulhar ar comprimido através de uma solução derivada de antraceno, de modo que o oxigênio presente no ar reaja com os átomos de hidrogênio lábeis (dos grupos hidroxi), dando peróxido de hidrogênio e regenerando a antraquinona.

O peróxido de hidrogénio é então extraído, e o derivado de antraquinona é novamente reduzido para o composto di-hidroxi (antraceno) utilizando hidrogénio gasoso na presença de um catalisador de metal. Após o ciclo se repete.

A economia do processo depende em grande parte da reciclagem efetiva da quinona (que é cara), dos solventes de extração e do catalisador de hidrogenação.

Propriedades do peróxido de hidrogênio

O peróxido de hidrogênio é mostrado como um líquido azul claro em soluções diluídas e incolor à temperatura ambiente, com um ligeiro sabor amargo. É ligeiramente mais viscoso que a água, devido às ligações de hidrogênio que ele pode formar.

É considerado um ácido fraco (PubChem, 2013). É também um forte agente oxidante, que é responsável pela maioria de suas aplicações que além do real como oxidante, são o alvejante - para a indústria de papel - e também como desinfetante. Em baixas temperaturas, comporta-se como um sólido cristalino.

Quando está formando o peróxido de carbamida (CH6N2O3) (PubChem, 2011) tem um uso bastante reconhecido como clareador dental, seja administrado profissionalmente ou, de uma maneira particular.

Há muita literatura sobre a importância do peróxido de hidrogênio nas células vivas, uma vez que ele desempenha um papel importante na defesa do organismo contra hospedeiros nocivos, além de reações biossintéticas oxidativas.

Além disso, há mais evidências (PubChem, 2013) de que mesmo em níveis baixos de peróxido de hidrogênio no corpo, isso tem um papel fundamental, especialmente em organismos superiores. Assim, é considerado um importante agente sinalizador celular, capaz de modular tanto os promotores de contração quanto os de crescimento.

Devido ao acúmulo de peróxido de hidrogênio na pele de pacientes que sofrem do distúrbio despigmentante "vitiligo" (López-Lázaro, 2007), a epiderme humana não possui a capacidade normal de desempenhar suas funções, sugerindo-se que o acúmulo de peróxido pode desempenhar um papel importante no desenvolvimento do câncer.

Mesmo dados experimentais (López-Lázaro, 2007) mostram que as células cancerígenas produzem uma grande quantidade de peróxido, as quais estão associadas a alterações do DNA, proliferação celular, etc.

Pequenas quantidades de peróxido de hidrogênio podem ser produzidas espontaneamente no ar. O peróxido de hidrogênio é instável e se decompõe rapidamente em oxigênio e água, liberando calor na reação.

Apesar de não ser inflamável, como já mencionado, é um poderoso agente oxidante (ATSDR, 2003), que pode causar combustão espontânea quando entra em contato com materiais orgânicos.

No peróxido de hidrogênio, o oxigênio (Rayner-Canham, 2000) tem um estado de oxidação "anormal", já que pares de átomos com a mesma eletronegatividade estão ligados, portanto, deve-se presumir que o par de elétrons de ligação é dividir entre eles. Neste caso, cada átomo de oxigênio tem um número de oxidação de 6 menos 7, ou - l, enquanto os átomos de hidrogênio ainda têm + l.

O poderoso poder oxidante do peróxido de hidrogênio em relação à água é explicado pelo seu potencial de oxidação (Rayner-Canham, 2000), de modo que ele pode oxidar o íon ferroso (II) em íons férrico (III), como mostrado a seguinte reação:

O peróxido de hidrogênio também tem a propriedade de dismutar, isto é, reduzir e oxidar (Rayner-Canham, 2000), como mostram as seguintes reações, juntamente com seu potencial:

Ao adicionar as duas equações, a seguinte equação global é obtida:

Embora a "dismutação" seja favorecida termodinamicamente falando, cineticamente NÃO é favorecida. Mas (Rayner-Canham, 2000), a cinética dessa reação pode ser favorecida com o uso de catalisadores, como o íon iodeto ou outros íons de metais de transição.

Por exemplo, a enzima "catalase" que está presente em nosso corpo, é capaz de catalisar essa reação, de modo que destrói o peróxido nocivo que pode existir em nossas células.

Todos os óxidos do grupo alcalino, reagem vigorosamente com a água, para dar a solução correspondente do hidróxido de metal, mas o dióxido de sódio, gera peróxido de hidrogênio, e os dióxidos produzem peróxido de hidrogênio e oxigênio, como mostrado na as seguintes reações (Rayner-Canham, 2000):

Outros dados interessantes coletados do peróxido de hidrogênio são:

  • Massa Molecular: 34.017 g / mol
  • Densidade: 1, 11 g / cm3 a 20 ºC, em soluções a 30% (p / p) e 1.450 g / cm3 a 20 ºC em soluções puras.
  • Os pontos de fusão e ebulição são -0, 43 ° C e 150, 2 ° C, respectivamente.
  • É miscível com água.
  • Solúvel em éteres, álcoois e insolúvel em solventes orgânicos.
  • O valor da sua acidez é pKa = 11, 75.

Estrutura

A molécula de peróxido de hidrogênio constitui uma molécula não planar. Embora a ligação oxigénio-oxigénio seja simples, a molécula tem uma barreira de rotação relativamente alta (Wikipedia the Encyclopedia Libre, 2012), se a compararmos, por exemplo, com a do etano que também é formado por uma ligação simples.

Essa barreira é devida à repulsão entre os pares de íons dos oxigênios adjacentes e verifica-se que o peróxido é capaz de mostrar "atropisômeros", que são estereoisômeros que surgem devido à rotação impedida em torno de uma única ligação, onde as diferenças de energia são devidas. a deformação estérica ou outros contribuintes, eles criam uma barreira de rotação que é alta o suficiente para permitir o isolamento de conformadores individuais.

As estruturas das formas gasosas e cristalinas do peróxido de hidrogênio diferem significativamente, e essas diferenças são atribuídas à ligação de hidrogênio que está ausente na forma gasosa.

Usos

É comum encontrar o peróxido de hidrogênio em baixas concentrações (de 3 a 9%), em muitos lares para aplicações médicas (peróxido de hidrogênio), bem como para clarear roupas ou cabelos.

Em altas concentrações é usado industrialmente, também para o branqueamento de têxteis e papel, bem como combustível para naves espaciais, a fabricação de borracha esponjosa e compostos orgânicos.

É aconselhável lidar com soluções de peróxido de hidrogênio, mesmo diluídas, com luvas e proteção para os olhos, pois ataca a pele.

O peróxido de hidrogênio é um composto químico industrial importante (Rayner-Canham, 2000); ocorrendo em torno da ordem de 106 toneladas em todo o mundo a cada ano. O peróxido de hidrogênio também é usado como reagente industrial, por exemplo, na síntese de peroxoborato de sódio.

O peróxido de hidrogênio tem uma importante aplicação na restauração de pinturas antigas (Rayner-Canham, 2000), pois um dos pigmentos brancos mais utilizados era o branco de chumbo, que corresponderia a um carbonato básico misto, cuja fórmula é o Pb3 ( OH) 2 (C03) 2.

Traços de sulfeto de hidrogênio fazem com que esse composto branco se transforme em sulfeto de chumbo (Il), que é preto, que mancha a tinta. A aplicação de peróxido de hidrogênio oxida o sulfeto de chumbo (Il) a sulfato de chumbo branco (Il), que restaura a cor correta da tinta, seguindo a seguinte reação:

Outra aplicação curiosa a destacar (Rayner-Canham, 2000), é a sua aplicação para alterar a forma do cabelo atacando permanentemente as pontes dissulfídicas que este tem naturalmente por meio de peróxido de hidrogênio em soluções levemente básicas, descobertas pelo Rockefeller Instituto no ano de 1930.

Propelentes e explosivos têm muitas propriedades em comum (Rayner-Canham, 2000). Ambos funcionam por meio de uma reação exotérmica rápida que produz um grande volume de gás. A expulsão desse gás é o que impulsiona o foguete para a frente, mas no caso do explosivo é principalmente a onda de choque gerada pela produção do gás que causa o dano.

A reação que foi usada na primeira aeronave movida a foguete, usou uma mistura de peróxido de hidrogênio com hidrazina, em que ambos reagiram dando azoto molecular e água, como ilustrado na seguinte reação:

Ao somar as energias de encapsulamento de cada um dos reagentes e produtos, resulta que uma energia de 707 Kj / mol de calor é liberada, para cada mole de hidrazina consumida, o que significa uma reação muito exotérmica.

Isso significa que ele atende às expectativas necessárias para ser usado como combustível em propulsores, uma vez que volumes muito grandes de gás são produzidos, através de volumes muito pequenos dos dois líquidos reativos. Dada a reatividade e corrosão desses dois líquidos, eles foram substituídos por misturas mais seguras em bases para os mesmos critérios que foram escolhidos para serem usados ​​como combustíveis.

No aspecto médico, o peróxido de hidrogênio é utilizado como solução tópica na limpeza de feridas, úlceras supurantes e infecções locais. Tem sido usado frequentemente no tratamento de processos inflamatórios no canal auditivo externo, ou também para gargarejos em tratamentos de faringite.

Também é usado no campo da odontologia para limpar os canais radiculares dos dentes ou outras cavidades da polpa dentária, em processos como a endodontia, em última análise, em pequenos processos dentários.

Seu uso na limpeza de feridas, ou úlceras, etc. é porque é um agente capaz de destruir microorganismos, mas não os esporos das bactérias, isso não significa matar todos os microorganismos, mas reduzir o nível destes, para que as infecções não passem por grandes problemas. Por isso, pertenceria ao nível de desinfetantes e anti-sépticos de baixo nível.

O peróxido de hidrogênio reage com certos diésteres, como o éster fenil oxalato, e produz quimiluminescência, é uma aplicação do tipo secundário, encontrado em barras de luz, conhecido pelo seu nome em inglês como "glow stick" .

Além de todos os seus usos, há incidentes históricos com o uso de peróxido de hidrogênio, uma vez que ainda é um composto químico que em altas concentrações e dada sua reatividade, pode levar a explosões, o que significa que equipamentos de proteção são necessários. indivíduo durante o seu manuseio, bem como levando em conta as condições apropriadas de armazenamento.