Hidrogen Peroksida: Properti, Formula, Struktur dan Penggunaan

Hidrogen peroksida atau hidrogen peroksida, dioksogen atau dioksidana adalah senyawa kimia yang diwakili oleh rumus H2O2. Dalam bentuknya yang murni, itu tidak menunjukkan warna, selain berada dalam keadaan cair, tetapi sedikit lebih kental daripada air, karena jumlah "jembatan hidrogen" yang dapat dibentuk.

Peroksida ini juga dikenal sebagai salah satu peroksida paling sederhana, yang berarti peroksida adalah senyawa yang memiliki ikatan oksigen-oksigen sederhana.

Kegunaannya bervariasi, mulai dari kekuatannya sebagai oksidator, zat pemutih dan desinfektan, dan bahkan pada konsentrasi tinggi, telah digunakan sebagai bahan bakar untuk pesawat ruang angkasa, memiliki minat khusus dalam kimia propelan dan bahan peledak.

Hidrogen peroksida, adalah yang tidak stabil, dan terurai perlahan-lahan dengan adanya basa atau katalis. Karena ketidakstabilan ini, peroksida biasanya disimpan dengan beberapa jenis stabilisator, yang ada dengan larutan yang sedikit asam.

Hidrogen peroksida dapat ditemukan dalam sistem biologis yang merupakan bagian dari tubuh manusia, dan enzim yang bertindak dengan menguraikannya dikenal sebagai "peroksidase."

Penemuan

Penemuan hidrogen peroksida ditugaskan untuk ilmuwan Perancis Louis Jacques Thenard, ketika ia bereaksi barium peroksida dengan asam nitrat.

Versi yang ditingkatkan dari proses ini menggunakan asam klorida, dan dengan penambahan asam sulfat sehingga barium sulfat dapat diendapkan. Proses ini digunakan dari akhir abad ke-19 hingga pertengahan abad ke-20 untuk menghasilkan peroksida.

Selalu dianggap bahwa peroksida tidak stabil, karena semua upaya yang gagal untuk mengisolasinya dari air. Tetapi ketidakstabilan itu terutama disebabkan oleh pengotor garam logam transisi, yang mengkatalisis dekomposisi mereka.

Hidrogen peroksida murni disintesis untuk pertama kali pada tahun 1894, hampir 80 tahun setelah penemuannya, berkat ilmuwan Richard Wolffenstein yang memproduksinya berkat distilasi vakum.

Struktur molekulnya sulit ditentukan, tetapi fisikawan kimia Italia, Giacomo Carrara, adalah orang yang menentukan massa molekulnya dengan keturunan cryoscopic, berkat itu, strukturnya dapat dikonfirmasi. Hingga saat itu, setidaknya, selusin struktur hipotetis telah diusulkan.

Pabrikan

Sebelumnya, hidrogen peroksida dibuat secara industri dengan hidrolisis amonium peroksidisulfat, yang diperoleh dengan elektrolisis larutan ammonium bisulfat (NH4HSO4) dalam asam sulfat.

Saat ini, hidrogen peroksida diproduksi hampir secara eksklusif oleh proses antrakuinon, yang diresmikan pada tahun 1936 dan dipatenkan pada tahun 1939. Dimulai dengan reduksi antrakuinon (seperti 2-etilanthraquinon atau turunan 2-amil) ke anthrahydroquinone yang sesuai, biasanya dengan hidrogenasi pada katalis paladium.

Anthrahydroquinone kemudian mengalami autoksidasi untuk meregenerasi antrakuinon awal, dengan hidrogen peroksida sebagai produk sampingan. Sebagian besar proses komersial mendapatkan oksidasi dengan menggelembungkan udara terkompresi melalui larutan antrasena yang diderivatisasi, sehingga oksigen yang ada di udara bereaksi dengan atom hidrogen labil (dari gugus hidroksi), menghasilkan hidrogen peroksida dan regenerasi antrakuinon.

Hidrogen peroksida kemudian diekstraksi, dan turunan antrakuinon direduksi lagi menjadi senyawa dihidroksi (antrasena) menggunakan gas hidrogen dengan adanya katalis logam. Setelah siklus berulang.

Keekonomian proses tersebut sangat tergantung pada daur ulang efektif kuinon (yang mahal), pelarut ekstraksi, dan katalis hidrogenasi.

Sifat hidrogen peroksida

Hidrogen peroksida ditampilkan sebagai cairan berwarna biru muda dalam larutan encer, dan tidak berwarna pada suhu kamar, dengan sedikit rasa pahit. Ini sedikit lebih kental daripada air, karena ikatan hidrogen dapat terbentuk.

Itu dianggap asam lemah (PubChem, 2013). Ini juga merupakan agen pengoksidasi kuat, yang bertanggung jawab untuk sebagian besar aplikasinya yang selain sebagai oksidan, adalah pemutih - untuk industri kertas - dan juga sebagai desinfektan. Pada suhu rendah berperilaku seperti padatan kristal.

Ketika membentuk karbamid peroksida (CH6N2O3) (PubChem, 2011) ia telah dikenal sebagai pemutihan gigi, baik yang diberikan secara profesional maupun dengan cara tertentu.

Ada banyak literatur tentang pentingnya hidrogen peroksida dalam sel hidup, karena ia memainkan peran penting dalam pertahanan organisme terhadap inang yang berbahaya, selain reaksi biosintesis oksidatif.

Selain itu, ada lebih banyak bukti (PubChem, 2013) bahwa bahkan pada tingkat rendah hidrogen peroksida dalam tubuh, ini memiliki peran mendasar terutama pada organisme yang lebih tinggi. Dengan demikian, itu dianggap sebagai agen pensinyalan seluler yang penting, yang mampu memodulasi kontraksi dan promotor pertumbuhan.

Karena akumulasi hidrogen peroksida di kulit pasien yang menderita kelainan depigmenting "vitiligo" (López-Lázaro, 2007), epidermis manusia tidak memiliki kapasitas normal untuk melakukan fungsinya, dengan cara ini disarankan agar akumulasi peroksida dapat memainkan peran penting dalam perkembangan kanker.

Bahkan, data eksperimen (López-Lázaro, 2007), menunjukkan bahwa sel kanker menghasilkan sejumlah besar peroksida, yang terkait dengan pergantian DNA, proliferasi sel, dll.

Sejumlah kecil hidrogen peroksida dapat diproduksi secara spontan di udara. Hidrogen peroksida tidak stabil, dan cepat terurai menjadi oksigen dan air, melepaskan panas dalam reaksi.

Meskipun tidak mudah terbakar, seperti yang telah disebutkan itu adalah agen pengoksidasi kuat (ATSDR, 2003), yang dapat menyebabkan pembakaran spontan ketika terjadi kontak dengan bahan organik.

Dalam hidrogen peroksida, oksigen (Rayner-Canham, 2000) memiliki keadaan oksidasi "abnormal", karena pasangan atom dengan elektronegativitas yang sama saling berhubungan, oleh karena itu, dapat diasumsikan bahwa pasangan elektron pengikat adalah membagi di antara mereka. Dalam hal ini, setiap atom oksigen memiliki bilangan oksidasi 6 minus 7, atau - l, sedangkan atom hidrogen masih memiliki + l.

Kekuatan oksidasi hidrogen peroksida yang kuat terhadap air dijelaskan oleh potensi oksidasi (Rayner-Canham, 2000), sehingga dapat mengoksidasi ion ferro (II) menjadi ion ferric (III), seperti yang ditunjukkan pada reaksi berikut:

Hidrogen peroksida juga memiliki sifat dismutar, yaitu mengurangi dan mengoksidasi (Rayner-Canham, 2000), seperti yang ditunjukkan oleh reaksi berikut berikut potensinya:

Saat menambahkan dua persamaan, persamaan global berikut ini diperoleh:

Meskipun "pemberhentian" disukai secara termodinamika, secara kinetik BUKAN. Tetapi (Rayner-Canham, 2000), kinetika reaksi ini dapat disukai dengan penggunaan katalis seperti ion iodida atau ion logam transisi lainnya.

Sebagai contoh, enzim "katalase" yang ada dalam tubuh kita, mampu mengkatalisasi reaksi ini, sehingga menghancurkan peroksida berbahaya yang mungkin ada dalam sel kita.

Semua oksida dari gugus alkali, bereaksi kuat dengan air, untuk memberikan larutan logam hidroksida yang sesuai, tetapi natrium dioksida, menghasilkan hidrogen peroksida, dan dioksida menghasilkan hidrogen peroksida dan oksigen, seperti ditunjukkan pada reaksi berikut (Rayner-Canham, 2000):

Data menarik lainnya yang dikumpulkan dari hidrogen peroksida adalah:

• Massa molekul: 34.017 g / mol
• Kepadatan: 1, 11 g / cm3 pada 20 ºC, dalam larutan pada 30% (b / b), dan 1.450 g / cm3 pada 20 ºC dalam larutan murni.
• Titik lebur dan titik didih masing-masing adalah -0, 43 ° C dan 150, 2 ° C.
• Itu larut dengan air.
• Larut dalam eter, alkohol dan tidak larut dalam pelarut organik.
• Nilai keasamannya adalah pKa = 11, 75.

Struktur

Molekul hidrogen peroksida merupakan molekul non-planar. Meskipun ikatan oksigen-oksigen itu sederhana, molekul ini memiliki penghalang rotasi yang relatif tinggi (Wikipedia the Encyclopedia Libre, 2012), jika kita membandingkannya misalnya dengan etana yang juga dibentuk oleh ikatan tunggal.

Penghalang ini disebabkan oleh tolakan antara pasangan ion dari oksigen yang berdekatan dan ternyata peroksida mampu menunjukkan "atropisomer" yang merupakan stereoisomer yang timbul karena rotasi terhambat di sekitar ikatan tunggal, di mana perbedaan energi disebabkan untuk deformasi sterik atau kontributor lain, mereka menciptakan penghalang rotasi yang cukup tinggi untuk memungkinkan isolasi konformer individu.

Struktur gas dan bentuk kristal hidrogen peroksida berbeda secara signifikan, dan perbedaan ini disebabkan oleh ikatan hidrogen yang tidak ada dalam bentuk gas.

Penggunaan

Adalah umum untuk menemukan hidrogen peroksida dalam konsentrasi rendah (dari 3 hingga 9%), di banyak rumah untuk aplikasi medis (hidrogen peroksida), serta untuk memutihkan pakaian atau rambut.

Pada konsentrasi tinggi digunakan secara industri, juga untuk memutihkan tekstil dan kertas, serta bahan bakar untuk pesawat ruang angkasa, pembuatan karet busa, dan senyawa organik.

Dianjurkan untuk menangani larutan hidrogen peroksida, bahkan yang diencerkan, dengan sarung tangan dan pelindung mata, karena itu menyerang kulit.

Hidrogen peroksida adalah senyawa kimia industri yang penting (Rayner-Canham, 2000); terjadi sekitar urutan 106 ton di seluruh dunia setiap tahun. Hidrogen peroksida juga digunakan sebagai pereaksi industri, misalnya dalam sintesis natrium peroksoborat.

Hidrogen peroksida memiliki aplikasi penting dalam pemulihan lukisan lama (Rayner-Canham, 2000), karena salah satu pigmen putih yang paling banyak digunakan adalah timah putih, yang akan sesuai dengan karbonat dasar campuran, yang rumusnya adalah Pb3 ( OH) 2 (C03) 2.

Jejak hidrogen sulfida menyebabkan senyawa putih ini berubah menjadi timbal sulfida (Il), yang berwarna hitam, yang menodai cat. Aplikasi hidrogen peroksida mengoksidasi timbal sulfida (Il) menjadi timbal sulfat putih (Il), yang mengembalikan warna cat yang benar, mengikuti reaksi berikut:

Aplikasi lain yang menarik untuk disoroti (Rayner-Canham, 2000), adalah aplikasinya untuk mengubah bentuk rambut secara permanen menyerang jembatan disulfida yang secara alami melalui hidrogen peroksida dalam larutan yang sedikit dasar, ditemukan oleh Rockefeller Lembaga pada tahun 1930.

Propelan dan bahan peledak memiliki banyak kesamaan sifat (Rayner-Canham, 2000). Keduanya bekerja melalui reaksi eksotermik yang cepat yang menghasilkan gas dalam volume besar. Pengusiran gas ini adalah yang mendorong roket maju, tetapi dalam kasus ledakan itu terutama gelombang kejut yang dihasilkan oleh produksi gas yang menyebabkan kerusakan.

Reaksi yang digunakan dalam pesawat berbahan bakar roket pertama, menggunakan campuran hidrogen peroksida dengan hidrazin, di mana keduanya bereaksi memberikan gas nitrogen molekul dan air, seperti diilustrasikan dalam reaksi berikut:

Ketika menjumlahkan enkapsulasi energi masing-masing reaktan dan produk, hasilnya adalah energi 707 Kj / mol panas dilepaskan, untuk setiap mol hidrazin yang dikonsumsi, yang berarti reaksi yang sangat eksotermik.

Ini berarti bahwa memenuhi harapan yang diperlukan untuk digunakan sebagai bahan bakar dalam propelan, karena volume gas yang sangat besar diproduksi, melalui volume yang sangat kecil dari dua cairan reaktif. Mengingat reaktivitas dan korosi dari dua cairan ini, mereka sekarang telah digantikan oleh campuran yang lebih aman di basa dengan kriteria yang sama yang dipilih untuk digunakan sebagai bahan bakar.

Dalam aspek medis, hidrogen peroksida digunakan sebagai solusi topikal dalam membersihkan luka, borok bernanah, dan infeksi lokal. Ini telah sering digunakan dalam pengobatan proses inflamasi di saluran pendengaran eksternal, atau juga untuk berkumur dalam perawatan faringitis.

Ini juga digunakan dalam bidang kedokteran gigi untuk membersihkan saluran akar gigi atau rongga pulpa gigi lainnya, dalam proses seperti endodontik, pada akhirnya dalam proses gigi minor.

Penggunaannya dalam membersihkan luka, atau bisul, dll. adalah karena ia merupakan agen yang mampu menghancurkan mikroorganisme, tetapi bukan spora bakteri, ini tidak berarti membunuh semua mikroorganisme, tetapi mengurangi levelnya, sehingga infeksi tidak mengarah ke masalah besar. Jadi itu akan menjadi tingkat rendah desinfektan dan antiseptik.

Hidrogen peroksida bereaksi dengan di-ester tertentu, seperti ester fenil oksalat, dan menghasilkan chemiluminescence, ini adalah aplikasi tipe sekunder, ditemukan di bar cahaya, yang dikenal dengan nama bahasa Inggris sebagai "tongkat cahaya" .

Selain semua penggunaannya, ada insiden historis dengan penggunaan hidrogen peroksida, karena masih merupakan senyawa kimia yang pada konsentrasi tinggi dan diberikan reaktivitasnya, dapat menyebabkan ledakan, yang berarti bahwa peralatan pelindung diperlukan. individu selama penanganannya, serta mempertimbangkan kondisi penyimpanan yang sesuai.