| Apă oxigenată
Majoritatea oamenilor cunosc peroxidul de hidrogen ca un compus care decolorează părul. Poate fi folosit și pentru dezinfectarea apei.
Louis Jacque Thenard a descoperit peroxidul de hidrogen în 1818. Peroxidul de hidrogen este format din atomi de oxigen și hidrogen. Acestea pot fi găsite peste tot pe pământ. Peroxidul de hidrogen conține o combinație de doi atomi de hidrogen și doi atomi de oxigen.
În mediu, peroxidul de hidrogen poate fi găsit în concentrații foarte scăzute. Peroxidul de hidrogen gazos este produs de reacții foto-chimice în atmosfera din jurul pământului. Poate fi găsit și în apă în cantități mici.
Peroxidul este un compus chimic care conține ionul peroxid (O2 2-).
Ionul peroxid este format dintr-o singură legătură între doi atomi de oxigen: (O-O) 2-. Este un oxidant puternic.
Peroxidul de hidrogen are formula chimică H2O2 și următoarea formulă structurală:
H-O-O-H
Molecula de peroxid de hidrogen conține un atom de oxigen în plus, în comparație cu molecula de apă mai stabilă. Legătura dintre cei doi atomi de oxigen, așa-numita legătură peroxidă, se rupe în timp ce se formează doi radicali H-O. Acești radicali reacționează rapid cu alte substanțe, în timp ce se formează noi radicali și are loc o reacție în lanț. Soluțiile de peroxid de hidrogen arată ca apa și pot fi dizolvate în apă fără restricții. La concentrații mari, aceste soluții degajă un miros iritant, acid. Peroxidul de hidrogen este inflamabil. La temperaturi scăzute devine solid. Cantitatea de peroxid de hidrogen din soluție este exprimată în procente în greutate. Pentru tratarea apei, se utilizează concentrații de 35 sau 50% peroxid de hidrogen.
Peroxidul de hidrogen este utilizat pentru diferite aplicații, deoarece este foarte selectiv. Prin schimbarea condițiilor de reacție (temperatură, pH, doză, timp de reacție și adăugarea unui catalizator), peroxidul de hidrogen va ataca poluări diferite.
Corozivitatea peroxidului de hidrogen
Corozivitatea apei de proces datorată peroxidului de hidrogen depinde de cantitatea de oxigen dizolvat care este produs. Oxigenul corodează metalele care conțin fier. Cantitatea de fier și pH-ul au o influență mai mare asupra corozivității decât este concentrația de peroxid de hidrogen.
Distrugerea peroxidului de hidrogen
Peroxidul de hidrogen se poate dezintegra în timpul transportului. Se eliberează oxigen și căldură. Peroxidul de hidrogen în sine este inflamabil, dar oxigenul poate spori inflamația altor substanțe. În soluții diluate, căldura este absorbită de apă. În soluțiile concentrate, temperatura soluției crește, accelerând distrugerea peroxidului de hidrogen. Rata de distrugere este înmulțită cu 2,2 pentru fiecare 10 ° C de creștere a temperaturii. Alcalinitatea și prezența poluanților accelerează, de asemenea, distrugerea peroxidului de hidrogen.
Pentru producerea de peroxid de hidrogen, se folosesc catalizatori speciali pentru a se asigura că peroxidul de hidrogen nu este distrus de poluanții din apă.
Din 1880, peroxidul de hidrogen este un produs comercial. A fost produsă pentru prima dată în Regatul Unit prin arderea sării de bariu (Ba), care a produs peroxid de bariu (BaO2). Ulterior peroxidul de bariu a fost dizolvat în apă și a fost produs peroxid de hidrogen. Începând cu secolul al XIX-lea, producția de peroxid de hidrogen a crescut în mare măsură. În zilele noastre se produc anual aproximativ o jumătate de miliard de kilograme.
Peroxidul de hidrogen trebuie transportat în recipiente din polietilenă, oțel inoxidabil sau aluminiu. Când peroxidul de hidrogen intră în contact cu substanțe inflamabile, cum ar fi lemnul, hârtia, uleiul sau bumbacul (celuloză), poate apărea aprinderea spontană. Când peroxidul de hidrogen este amestecat cu materii organice, cum ar fi alcooli, acetonă și alte cetone, aldehide și glicerol, pot apărea explozii grele.
Când peroxidul de hidrogen intră în contact cu substanțe, cum ar fi fierul, cuprul, cromul, plumbul, argintul, manganul, sodiul, potasiul, magneziul, nichelul, aurul, platina, metaloizii, oxizii metalici sau sărurile metalice, acest lucru poate duce la explozii puternice. Acesta este motivul pentru care peroxidul de hidrogen este de obicei transportat sub formă diluată.
Cea mai veche aplicație cunoscută de peroxid de hidrogen a fost albirea pălăriilor de paie, care erau la modă la începutul secolului al XX-lea. Din 1920 până în 1950, peroxidul de hidrogen a fost produs prin electroliză. Această metodă a produs peroxid de hidrogen pur. În zilele noastre, procesele de auto-oxidare sunt utilizate pentru a produce peroxid de hidrogen. În timpul acestor procese, hidrogenul este materia primă.
Versatilitatea peroxidului de hidrogen
Peroxidul de hidrogen este versatil, poate fi utilizat pentru multe aplicații. Poate fi folosit în toate mediile; aer, apă, ape uzate și soluri. Este uneori utilizat în combinație cu alți agenți, pentru a îmbunătăți și accelera procesele. Peroxidul de hidrogen este cel mai frecvent utilizat pentru a elimina poluanții din apele reziduale și din aer. Contestă creșterea bacteriană (de exemplu, bio-murdărirea în sistemele de apă) și poate spori creșterea bacteriană (de exemplu, remedierea bio a solurilor poluate și a apelor subterane) prin adăugarea de oxigen. Poate fi, de asemenea, utilizat pentru tratarea poluărilor care pot fi ușor oxidate (de exemplu fier și sulfuri) și a poluărilor care sunt greu de oxidat (de exemplu, solide dizolvate, benzină și pesticide).
În cele din urmă, poate fi folosit pentru decolorarea hârtiei, a textilelor, a dinților și a părului sau pentru a produce alimente, minerale, produse petrochimice sau pulbere de spălat. În formă pură, peroxidul de hidrogen este utilizat ca furnizor de oxigen pentru a conduce submarinele rusești.
Peroxidul de hidrogen este un oxidant puternic. Este mai puternic decât clorul (Cl2), dioxidul de clor (ClO2) și permanganatul de potasiu (KMnO4). Prin cataliză, peroxidul de hidrogen poate fi transformat în hidroxiradicali (OH). Potențialul de oxidare al peroxidului de hidrogen este chiar sub cel al ozonului.
Tabelul 1: Potențial de oxidare a diferiților oxidanți
| Oxidant | Potențial de oxidare | | fluor | 3.0 | | hidroxiradicale | 2.8 | | ozon | 2.1 | | apă oxigenată | 1.8 | | permanganat de potasiu | 1.7 | | dioxid de clor | 1.5 | | clor | 1.4 |
Majoritatea aplicațiilor de peroxid de hidrogen constau în injectarea de apă oxigenată în apa curentă. Nu sunt necesare alte produse chimice sau echipamente. Această aplicație este utilizată pentru a controla creșterea biologică, pentru a adăuga oxigen, pentru a elimina reziduurile de clor și pentru a oxida sulfuri, sulfiți, metale și alte materiale ușor de oxidat. Adecvarea peroxidului de hidrogen pentru aceste aplicații este influențată de pH, temperatură și timpul de reacție.
Peroxid de hidrogen catalitic
Poluările care nu se oxidează ușor necesită activarea peroxidului de hidrogen de către catalizatori (fier, mangan sau alte metaloizi). Acești catalizatori pot fi folosiți, de asemenea, pentru a spori reacțiile de peroxid de hidrogen, care altfel ar dura ore sau zile.
Ce sunt procesele avansate de oxidare?
Procesele avansate de oxidare reprezintă o nouă dezvoltare în domeniul dezinfecției peroxidului de hidrogen. Aceste procese produc radicali oxigen reactivi, fără interferența catalizatorilor metalici. Exemple sunt combinația de peroxid de hidrogen cu ozon (peroxon) sau Ultra Violet Light. Rezultatul acestor metode este oxidarea pe scară largă a substanțelor greu degradabile, fără producerea de reziduuri sau nămol. Aceste metode sunt utilizate la nivel mondial pentru tratarea apelor subterane, pentru tratarea apei potabile și a proceselor și pentru dezinfecția și îndepărtarea materiei organice din apele uzate industriale.
Printre alte aplicații, apa oxigenată este utilizată ca dezinfectant. Se utilizează pentru tratarea inflamației gingiilor și pentru dezinfectarea (potabila) apei. Este, de asemenea, utilizat pentru a combate creșterea microbiană excesivă în sistemele de apă și turnurile de răcire.
În Statele Unite, peroxidul de hidrogen este utilizat din ce în ce mai frecvent pentru tratarea rezervelor individuale de apă. Se utilizează pentru a preveni formarea culorilor, gusturilor, coroziunii și scalării prin degradarea poluării (fier, mangan, sulfați) și degradarea microorganismelor. Peroxidul de hidrogen reacționează foarte repede. Se va dezintegra în hidrogen și apă, fără formarea de produse secundare. Acest lucru mărește cantitatea de oxigen din apă.
Mecanismul de dezinfecție al peroxidului de hidrogen se bazează pe eliberarea radicalilor liberi de oxigen:
H2O2 → H2O + O2
Poluările sunt descompuse de radicalii liberi de oxigen și rămâne doar apă. Radicalii liberi au atât abilități oxidante, cât și dezinfectante. Peroxidul de hidrogen elimină proteinele prin oxidare.
Peroxizii, cum ar fi peroxidul de hidrogen (H2O2), perboratul, peroxifosfatul și persulfatul, sunt buni dezinfectanți și oxidanți. În general, acestea pot elimina în mod adecvat microorganismele. Cu toate acestea, acești peroxizi sunt foarte instabili.
Perboratele sunt foarte toxice. Acidul peracetic (PAA) este un acid puternic. Poate fi foarte agresiv în forma sa pură. Persulfații stabilizați pot fi folosiți pentru a înlocui clorul pentru tratarea apelor uzate.
În anii 1950, peroxidul de hidrogen a fost folosit pentru prima dată pentru dezinfectarea apei potabile în Europa de Est. Este cunoscut pentru eficiența sa ridicată oxidativă și biocidă. Peroxidul de hidrogen nu a fost folosit des pentru dezinfecția apei potabile, dar popularitatea sa pare să crească. Se folosește adesea în combinație cu ozon, argint sau UV.
Aplicarea peroxizilor pentru dezinfecție și tratarea apei este limitată. Recent, au fost dezvoltate forme mai stabile, care pot fi utilizate pentru aplicare în piscine.
Dezinfectarea peroxidului de hidrogen necesită o doză mare. Principalul dezavantaj este capacitatea mică de dezinfectare și oxidare a peroxidului de hidrogen la concentrații active (zeci de miligrame pe litru), care sunt necesare pentru dezinfectarea piscinei. O altă problemă este descompunerea rapidă a peroxidului de hidrogen în apă și prezența radicalilor de oxigen. Prin adăugarea stabilizatorului, descompunerea peroxidului de hidrogen este întârziată și capacitatea de dezinfectare poate fi menținută.
Comparativ cu clorul, bromul, ozonul și alți dezinfectanți, peroxidul de hidrogen nu este un dezinfectant foarte puternic. Dezinfectarea piscinelor cu peroxid de hidrogen nu este permisă, cu excepția cazului în care este utilizată în combinație cu alți dezinfectanți (UV, ozon, săruri de argint sau săruri de amoniac). Peroxidul de hidrogen îmbunătățește capacitatea de dezinfectare a altor dezinfectanți.
Peroxidul de hidrogen poate fi utilizat pentru dezinfectarea apei turnului de răcire, atunci când este combinat cu alți dezinfectanți. Acidul peracetic (CH3COOH, PAA) poate fi utilizat și pentru dezinfecția apei turnului de răcire.
Peroxidul de hidrogen poate fi utilizat pentru declorare, cu alte cuvinte pentru a elimina clorul rezidual. Clorul rezidual formează acizi corozivi atunci când este oxidat de aer sau condens pe sistemele de proces.
Când clorul reacționează cu peroxidul de hidrogen, peroxidul de hidrogen se destramă în apă și oxigen. Clorul gazos se hidrolizează în acid hipocloros (HOCl), care ulterior se ionizează în ioni hipoclorit (OCl).
Cl2 + HOCl + H + + Cl
HOCl + H + + Cl
După ce, peroxidul de hidrogen reacționează cu hipocloritul:
OCl - + H2O2 (g) -> Cl - + H2O + O2
Reacția dintre peroxidul de hidrogen și hipoclorit are loc foarte repede. Alte substanțe organice și anorganice nu pot reacționa cu hipocloritul.
Spre deosebire de alte substanțe chimice, peroxidul de hidrogen nu produce reziduuri sau gaze. Siguranța depinde de concentrația aplicată, deoarece peroxidul de hidrogen este complet solubil în apă.
Peroxidul de hidrogen este un oxidant puternic. Reacționează cu o varietate de substanțe. Prin urmare, este diluat în timpul transportului, ca măsură de siguranță. Cu toate acestea, pentru dezinfectarea peroxidului de hidrogen, sunt necesare concentrații mari.
Peroxidul de hidrogen se descompune încet în apă și oxigen. O creștere a temperaturii și prezența poluărilor sporesc acest proces.
Concentrația de peroxid de hidrogen într-o soluție scade încet. Acest lucru este cauzat de următoarea reacție:
2 H2O2 → 2 H2O + O2
Aceasta este o reacție redox. Moleculele de hidrogen funcționează parțial ca reductori și parțial ca oxidanți.
Este eficient peroxidul de hidrogen?
Eficiența peroxidului de hidrogen depinde de mai mulți factori, cum ar fi pH-ul, catalizatorii, temperatura, concentrația de peroxid și timpul de reacție.
Expunerea la peroxid de hidrogen are loc prin inhalarea de umezeală sau ceață, prin absorbția alimentelor și prin contactul cu pielea sau ochii. Peroxidul de hidrogen poate irita ochii, pielea și membranele mucoase. Expunerea ochilor la concentrații de 5% sau mai mult poate duce la leziuni permanente ale ochilor. Testele efectuate cu animale de laborator de la Agenția Internațională Americană pentru Cercetarea Cancerului (IARC) arată că peroxidul de hidrogen poate fi cancerigen pentru animale. Testele de laborator cu bacterii arată că peroxidul de hidrogen este mutagen; se schimbă și dăunează ADN-ului. Când oamenii inhală peroxid de hidrogen, provoacă iritații pulmonare. Expunerea pielii provoacă vezicule dureroase, arsuri și albire a pielii. Organele care sunt extrem de sensibile la expunerea la peroxid de hidrogen sunt plămânii, intestinele, timusul, ficatul și rinichii. Efectele expunerii cronice asupra oamenilor sunt necunoscute. Efectele asupra reproducerii și dezvoltării nu sunt demonstrate până acum.
UE
Peroxidul de hidrogen nu este menționat în Standardul European 98/83/CE privind apa potabilă.
Statele Unite ale Americii
În SUA, peroxidul de hidrogen este înregistrat ca pesticid de către APE în 1977.
Pentru dezinfectare, peroxidul de hidrogen poate fi combinat cu alți agenți. De exemplu acid peracetic și peroxonă.
| 
