שתף:
מי חמצן מאפיינים, פורמולה, מבנה ושימושים
ה מי חמצן או מים מחומצן, dioxogen או dioxidano הוא תרכובת כימית המיוצגת על ידי הנוסחה H2O2. בצורתו הטהורה, הוא אינו מראה צבע, מלבד היותו במצב נוזלי, אבל הוא מעט יותר צמיג מאשר מים, בשל כמות של "גשרים מימן" שיכולים להיווצר.
חמצן זה מוכר גם כאחד חמצן הפשוט ביותר, הבין תרכובות חמצן כי יש פשוט חמצן חמצן האג"ח.
השימושים שלו מגוונים, והם נעים מכוחו כחומר חמצון, סוכן הלבנה וחומר חיטוי, ואפילו בריכוזים גבוהים, הוא משמש כדלק לחלליות, בעל עניין מיוחד בכימיה של חומרי נפץ וחומרי נפץ..
מי חמצן, הוא בלתי יציב, ו decomposes לאט בנוכחות בסיסים או זרזים. בגלל חוסר יציבות זה, חמצן מאוחסן בדרך כלל עם איזה סוג של מייצב, אשר בנוכחות של פתרונות חומצי מעט.
מי חמצן ניתן למצוא במערכות ביולוגיות כי הם חלק של הגוף האנושי, ואת האנזימים הפועלים על ידי decomposing זה ידועים בשם "peroxidases".
גילוי
גילוי מי חמצן מוקצה למדען הצרפתי לואיס ז'אק יארד, כאשר הוא הגיב על חמצן בריום עם חומצה חנקתית.
גרסה משופרת של תהליך זה משמש חומצה הידרוכלורית, ועל ידי תוספת של חומצה גופרתית כך בריום גופרתי יכול להיות זירז. תהליך זה שימש בסוף המאה התשע עשרה עד אמצע המאה העשרים לייצר חמצן.
תמיד חשבו כי הפרוקסיד אינו יציב, בשל כל הניסיונות הכושלים לבודד אותו מהמים. אבל חוסר היציבות, נבע בעיקר עקבות של טומאה של מלחים של מתכות המעבר, אשר catalyzed הפירוק שלהם.
מי חמצן טהור היה מסונתז בפעם הראשונה בשנת 1894, כמעט 80 שנים לאחר גילויו, הודות למדען ריצ'רד וולפנשטיין שהפיק את זה בזכות זיקוק ואקום.
המבנה המולקולרי שלו היה קשה לקבוע, אבל הפיזיקאי הכימי האיטלקי, ג'אקומו קארארה, היה זה שקבע את המסה המולקולארית שלו על ידי ירידה קריוסקופית, שבזכותה ניתן לאשר את המבנה שלה. עד אז, לפחות, הוצעו תריסר מבנים היפותטיים.
ייצור
בעבר, מי חמצן הוכנה תעשייתית על ידי הידרוליזה של peroxydisulfate אמוניום, אשר הושג על ידי אלקטרוליזה של תמיסה של אמוניום bisulfate (NH4HSO4) בחומצה גופרתית.
כיום, מי חמצן מיוצר כמעט באופן בלעדי על ידי תהליך anthraquinone תוך עיגונה 1936 כפטנט בשנת 1939. זה מתחיל עם הפחתה של anthraquinone (2-ethylanthraquinone כפי או 2-אמיל נגזרת) כדי המקביל anthrahydroquinone, בדרך כלל על ידי הידרוגנציה על זרז פלדיום.
Anthrahydroquinone מכן עובר autoxidation להתחדש anthraquinone החל מי חמצן כתוצר לוואי. רוב התהליכים המסחריים לקבל חמצון ידי מבעבע אוויר דחוס באמצעות פתרון של anthracene derivatized, כך החמצן באוויר מגיב עם אטומי מימן רָפִיף (של קבוצות הידרוקסיות) כדי לתת חמצן ואת התחדשות אנתרקווינון.
מי חמצן מיוצר לאחר מכן, ואת נגזרת anthraquinone מצטמצם שוב למתחם dihydroxy (אנתרקן) באמצעות גז מימן בנוכחות זרז מתכת. לאחר מחזור חוזר.
הכלכלה של התהליך תלויה במידה רבה על מיחזור יעיל של quinone (שהוא יקר), ממיסים מיצוי, ואת זרז הידרוגנציה.
תכונות של מי חמצן
מי חמצן מוצג כמו נוזל כחול בהיר פתרונות מדולל, חסר צבע בטמפרטורת החדר, עם טעם מריר קל. זה קצת יותר צמיג מאשר מים, בשל קשרי מימן שיכולים ליצור.
זה נחשב חומצה חלשה (PubChem, 2013). זה גם סוכן חמצון חזק, אשר אחראי על רוב היישומים שלה, כי בנוסף בפועל כמו חמצון, הם אקונומיקה - לתעשיית הנייר - וגם כחומר חיטוי. בטמפרטורות נמוכות הוא מתנהג כמו מוצק גבישי.
כאשר הוא יוצר את חמצן carbamide (CH6N2O3) (PubChem, 2011) יש לו שימוש די ידוע כמו הלבנת שיניים, או מנוהל באופן מקצועי או, בדרך מסוימת.
יש הרבה ספרות על חשיבותו של מי חמצן בתאים חיים, שכן הוא משחק תפקיד חשוב בהגנה על האורגניזם נגד המארחים מזיקים, בנוסף לתגובות ביו-סינתטיות חמצון.
בנוסף, יש ראיות נוספות (PubChem, 2013), כי גם ברמות נמוכות של מי חמצן בגוף, זה יש תפקיד בסיסי בעיקר אורגניזמים גבוהים יותר. בדרך זו, הוא נחשב כסוכן איתות סלולרי חשוב, המסוגל לשנות את מסלולי ההתכווצות ואת מקבלי הצמיחה.
בשל ההצטברות של מי חמצן בעור של חולים הסובלים depigmentation "ויטיליגו" (לופז-לזרו, 2007), האפידרמיס האנושי, הפרעה אין את היכולת הרגילה לבצע את תפקידם, ולכן הוא הציע הצטברות של פרוקסיד יכול לשחק תפקיד חשוב בהתפתחות של סרטן.
אפילו, נתונים ניסיוניים, (López-Lázaro, 2007) מראים שתאי סרטן מייצרים כמויות גדולות של חמצן, המשויכות לחילופי דנ"א, התפשטות תאים וכו '..
כמויות קטנות של מי חמצן ניתן לייצר באופן ספונטני באוויר. מי חמצן אינו יציב, במהירות decomposes לתוך חמצן ומים, שחרור חום התגובה.
למרות שזה לא דליק, כאמור הוא סוכן חמצון רב עוצמה (ATSDR, 2003), אשר יכול לגרום בעירה ספונטנית כאשר מדובר במגע עם חומרים אורגניים.
בשנת מי חמצן, חמצן (ריינר-Canham, 2000) יש מצב חמצון "נורמלי" כמו זוגות אטומים עם אותו אלקטרושליליות מודבקים, ולכן ההנחה היא כי זוג אלקטרונים של הקישור לחלק ביניהם. במקרה זה, כל אטום חמצן יש מספר חמצון 6 לפחות 7, או - l, בעוד אטומי מימן להמשיך l +.
עוצמת החמצון החזקה של מי חמצן ביחס למים מוסברת על ידי פוטנציאל החמצון שלה (Rayner-Canham, 2000), כך שהוא יכול לחמצן את היצר הברזל (II) ליון Ferric (III), כפי שמוצג ב התגובה הבאה:
מי חמצן יש גם את המאפיין של demutar, כלומר, הן להפחית ולהחמצן (Rayner-Canham, 2000), כפי שמוצג על ידי התגובות הבאות יחד עם הפוטנציאל שלהם:
כאשר מוסיפים את שתי המשוואות, מתקבלת המשוואה הגלובלית הבאה:
אף על פי ש"ההתייחסות "מוצדקת מבחינה תרמודינמית, היא אינה מעודדת מבחינה קינטית. אבל (ריינר-קנהאם, 2000), קינטיקה של תגובה זו יכול להיות מועדף עם שימוש זרזים כגון יון יודיד או יונים אחרים המעבר מתכת..
לדוגמה, אנזים "catalase" כי הוא נוכח בגוף שלנו, הוא מסוגל לזרז את התגובה, כך שהוא הורס חמצן מזיקים שעשויים להתקיים בתאים שלנו.
כל תחמוצות של קבוצת אלקלי, להגיב בתקיפות עם מים כדי לתת את הפתרון המתאים של הידרוקסיד מתכת, אבל נתרן דו מייצר חמצן, ואת dioxides לייצר חמצן ומי חמצן, כפי שמוצג את התגובות הבאות (ריינר-קנהאם, 2000):
נתונים מעניינים אחרים שנאספו מי חמצן הם:
- המסה המולקולרית: 34,017 גרם / מול
- צפיפות: 1.11 גרם / cm3 ב 20 מעלות צלזיוס, ב פתרונות ב 30% (w / w), ו 1,450 גרם / cm3 ב 20 מעלות צלזיוס בפתרונות טהור.
- התכה ונקודות רתיחה הם 0.44 ° C ו - 150.2 ° C בהתאמה.
- הוא מתגלגל עם מים.
- מסיס באתרים, אלכוהולים וחומרים מסיסים בממיסים אורגניים.
- ערך החומציות שלה הוא pKa = 11.75.
מבנה
המולקולה של מי חמצן מהווה מולקולה לא מישורית. למרות הקשר של חמצן חמצן הוא פשוט, מולקולה יש מחסום סיבוב גבוה יחסית (ויקיפדיה האנציקלופדיה ליבר, 2012), אם נשווה את זה למשל עם זה של אתאן אשר נוצר גם על ידי קישור פשוט.
מחסום זה, בשל הדחייה בין יון זוגות oxygens הסמוך הוא כי מי מסוגל להציג "atropisomers" הם stereoisomers המתעורר עקב סיבוב הפריע על קשר יחיד, שבו הבדלי האנרגיה בשל כדי עיוות סטרי או תורמים אחרים, הם יוצרים מחסום סיבוב כי הוא גבוה מספיק כדי לאפשר את הבידוד של conformers הפרט.
המבנים של צורות גז וגבישי של מי חמצן, שונים באופן משמעותי, ואת ההבדלים האלה מיוחסים הקשר מימן כי נעדר בצורת גז.
שימושים
זה נפוץ למצוא מי חמצן בריכוז נמוך (מ 3 עד 9%), בבתים רבים עבור יישומים רפואיים (מי חמצן), כמו גם הלבנת בגדים או שיער.
בריכוזים גבוהים הוא משמש תעשייתית, גם הלבנה של טקסטיל נייר, כמו גם דלק חללית, ייצור של גומי ספוגי, ותרכובות אורגניות.
מומלץ לטפל במי חמצן פתרונות, אפילו מדולל, עם כפפות והגנה על העין, כי זה תוקף את העור.
מי חמצן הוא תרכובת כימית תעשייתית חשובה (ריינר-קנהאם, 2000); המתרחשים סביב 106 טון ברחבי העולם מדי שנה. מי חמצן משמש גם כמגיב תעשייתי, למשל בסינתזה של peroxoborate נתרן.
מי חמצן יש יישום חשוב בשחזור של ציורים ישנים (Rayner-Canham, 2000), שכן אחד הפיגמנטים הלבנים המשמשים בעיקר היה לבן להוביל, אשר יתאים קרבונט בסיסי מעורב, אשר הנוסחה היא Pb3 ( OH) 2 (C03) 2.
עקבות של מימן גופרתי לגרום זה מתחם לבן להפוך גופרית עופרת (איל), אשר שחור, אשר כתמים את הצבע. היישום של מי חמצן oxidizes להוביל גופרתי (איל) כדי להוביל סולפט לבן (Il), אשר משחזר את הצבע הנכון של הצבע, בעקבות התגובה הבאה:
עוד יישום מוזר כדי להדגיש (Rayner-Canham, 2000), הוא היישום שלה כדי לשנות את הצורה של השיער לצמיתות לתקוף את הגשרים דיסולפיד כי זה באופן טבעי באמצעות מי חמצן בפתרונות בסיסיים מעט, התגלה על ידי רוקפלר המכון בשנת 1930.
לדחפים ולחומרי נפץ יש מאפיינים רבים במשותף (Rayner-Canham, 2000). שניהם פועלים באמצעות תגובה אקוסטית מהירה המייצרת כמות גדולה של גז. גירוש הגז הוא מה שמניע את הרקטה קדימה, אך במקרה של חומר נפץ זה בעיקר גל ההלם שנוצר על ידי הפקת הגז שגורמת לנזק.
התגובה ששימשה במטוסי הטילים הראשונים, השתמשה בתערובת של מי חמצן עם הידרזין, שבה הגיב גם מתן גז חנקן ומים מולקולריים, כפי שהובהר בתגובה הבאה:
כאשר מסכמים את האנרגיות של האנרגיות של כל אחד מהמגיבים והמוצרים, התוצאה היא שאנרגיה של 707 Kj / mol של חום משתחררת, עבור כל שומה של הידרזין הנצרכת, כלומר תגובה אקסותרמית מאוד.
משמעות הדבר היא כי הוא עונה על הציפיות הדרושות כדי לשמש דלק דלקים, שכן כמויות גדולות מאוד של גז מיוצרים, באמצעות כמויות קטנות מאוד של שני נוזלים תגובתי. לאור תגובתיות וקורוזיה של שני נוזלים אלה, הם הוחלפו כעת בתערובות בטוחות יותר בבסיסים לאותם קריטריונים שנבחרו לשמש כדלקים..
בהיבט הרפואי, מי חמצן משמש פתרון מקומי בניקוי של פצעים, כיבים suppurating, וזיהומים מקומיים. זה נעשה שימוש תכוף בטיפול של תהליכים דלקתיים בתעלה השמיעתית החיצונית, או גם עבור גרגור טיפולים pharyngitis..
הוא משמש גם בתחום רפואת השיניים כדי לנקות את תעלות השורש של השיניים או חללים אחרים של עיסת שיניים, בתהליכים כגון endodontics, בסופו של דבר בתהליכים דנטליים קלים.
השימוש בו בניקוי פצעים, כיבים וכו '. היא כי הוא סוכן מסוגל להרוס מיקרואורגניזמים, אבל לא נבגים של חיידקים, זה לא אומר להרוג את כל מיקרואורגניזמים, אבל זה עושה להפחית את רמת אלה, כך זיהומים לא הולכים לבעיות עיקריות. אז זה יהיה שייך לרמה של חיטוי ברמה נמוכה חיטוי.
מי חמצן מגיב עם מסוימים di-esters, כגון אסתר phenyl oxalate, ומייצרת chemiluminescence, זהו יישום של סוג משני, נמצא מוטות אור, הידוע בשמו האנגלי כמו "מקל זוהר".
בנוסף לכל שימושיו, ישנם מקרים היסטוריים עם השימוש במי חמצן, שכן הוא עדיין תרכובת כימית כי בריכוזים גבוהים ובתגובה תגובתי שלה, יכול להוביל פיצוצים, כלומר ציוד מגן הכרחי. אדם במהלך הטיפול, כמו גם לקחת בחשבון תנאי אחסון נאותים.
הפניות
- ATSDR. (2003). חומרים רעילים - מי חמצן. אחזור ינואר 17, 2017, מ atsdr.cdc.gov.
- מדענים מפורסמים - לואיס ז'אק יארד מגלה מי חמצן. (2015). לאחזר ינואר 17, 2017, מן humantouchofchemistry.com.
- López-Lázaro, M. (2007). תפקיד כפול של מי חמצן בסרטן: רלוונטיות אפשרי סרטן chemoprevention וטיפול. מכתבי סרטן, 252 (1), 1-8.
- PubChem. (2011). מי חמצן אוריאה.
- PubChem. (2013). מי חמצן. בתאריך 15 בינואר 2017.
- ריינר-קנהאם, ג '(2000). כימיה תיאורטית תיאורטית (2a). חינוך פירסון.
- ויקיפדיה האנציקלופדיה החופשית. (2012). מי חמצן. מקור: wikipedia.org.