پروكسيد الهيدروجين

(تم التحويل من Hydrogen peroxide)
پروكسيد الهيدروجين
Hydrogen peroxide
الصيغة البنيوية لپروكسيد الهيدروجين
نموذج الكرة والعصا لجزيء پروكسيد الهيدروجين
الأسماء
اسم أيوپاك
dihydrogen dioxide
أسماء أخرى
Dioxidane
تمييز
رقم CAS [7722-84-1]
PubChem 784
رقم EC 231-765-0
رقم RTECS MX0900000 (>90% soln.)
MX0887000 (>30% soln.)
الخصائص
الصيغة الجزيئية H2O2
كتلة مولية 34.0147 g/mol
المظهر لون أزرق فاتح جداً؛ عديم اللون في محلول
الكثافة 1.463 g/cm3
نقطة الانصهار

-0.43 °C, 273 K, 31 °F

نقطة الغليان
قابلية الذوبان في الماء قابل للامتزاج
قابلية الذوبان قابل للذوبان في إيثر
الحموضة (pKa) 11.62 [1]
معامل الانكسار (nD) 1.34
اللزوجة 1.245 cP (20 °C)
Dipole moment 2.26 D
الكيمياء الحرارية
الإنتالپية المعيارية
للتشكل
ΔfHo298
-4.007 kJ/g
سعة الحرارة النوعية، C 1.267 J/g K (gas)
2.619 J/g K (liquid)
المخاطر
مؤكسِد (O)
أكـّال (C)
ضار (Xn)
توصيف المخاطر R5, R8, R20/22, R35
تحذيرات وقائية (S1/2), S17, S26, S28, S36/37/39, S45
NFPA 704 (معيـَّن النار)
نقطة الوميض غير قابل للاشتعال
الجرعة أو التركيز القاتل (LD, LC):
1518 mg/kg
مركبات ذا علاقة
ما لم يُذكر غير ذلك، البيانات المعطاة للمواد في حالاتهم العيارية (عند 25 °س [77 °ف]، 100 kPa).
YesY verify (what is YesYX mark.svgN ?)
مراجع الجدول

فوق أكسيد الهيدروجين بالإنگليزية: Hydrogen peroxide أو (پروكسيد الهيدروجين أو الماء الأكسجيني) مركب كيميائي له الصيغة (H2O2)، وهو ذو لون أزرق باهت والذي يبدو عديم اللون في المحاليل الممدة، وهو بشكل طفيف أكثر لزوجة من الماء. يعد فوق أكسيد الهيدروجين حمضاً ضعيفاً، إلا أنه من المواد المبيضة الجيدة نظراً لخواصه المؤكسدة القوية.

يمكن تفكيك فوق أكسيد الهيدروجين للحصول على الماء والأكسجين بوضع عامل المساعد هو ثاني أكسيد المنجنيز ويعطي أكسجين نقي.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

البنية والخصائص

بنية پروكسيد الهيدروجين

يتخذ H2O2 بنية غير مستوية بتماثل C2. وبالرغم من أنه متماكب ضوئياً، فإن الجزيء يتعرض لروسمة سريعة. فالشكل المفلطح للمتشاكل anti سيقلل الإعاقة الفراغية، وزاوية الإلتواء 90° للمتشاكل syn سوف تصل لأفضل خلط بين المداري p-type المملوء للأكسجين (أحد الأزواج الوحيدة) وأشغر المدارات الجزيئية للرابطة O-H المجاورة.[2] الشكل ذو الميل المعاكس "الملتوي" الملاحـَظ هو توفيق بين متشاكلين اثنين.


يأخذ فوق أكسيد الهدروجين استناداً إلى قياسات الأشعة السينية البنية الجزيئية المبيّنة:

9633-24.jpg

إن طاقة الرابطة O−O ت (200كيلو جول/مول) أصغر تقريباً بمرتين من طاقة الرابطة H−O ك (468كيلوجول/مول) وبسبب توزع الروابِط H−O غير المتناظر يعد الجزيء H2O2 قطبياً بصورة شديدة.

أما طول الرابطة O−O فيساوي 1.48 أنغستروم والرابطة H−O تساوي 0.95 أنغستروم والزاوية O−Ô−O تساوي 95 ْوتقع الرابطتان O−H في مستويين يصنعان زاوية تساوي120 ْ.


الخصائص الفيزيائية

سائل شفاف لا رائحة له ولا لون، درجة انصهاره -43 ْس يمكن إعادة تبريده بسهولة من دون تجمد، درجة غليانه 150 ْس. يمكن مزجه مع الماء بنسب مختلفة، ويمكنه تشكيل بلورات هيدراتية H2O2,2H2O وهو مثل الماء يُذيب الأملاح جيداً.

الماء الأكسجيني النقي ثابت بصورة كافية ،وبوجود المعادن الثقيلة أو أيوناتها (شواردها) أو الوسطاء الفعالة للتحطيم مثل أملاح أو معقدات أو مركبات الحديد والنحاس والمنجنيز أو القلويات يتفكك إلى H2O وO2 ناشراً الحرارة وربما يتفكك مع انفجار.

يُحفظ الماء الأكسجيني في أوعية من الألمنيوم النقي، ويضاف إليه عادة بيروفوسفات الصوديوم Na4P2O7 أو قصديريت الصوديوم أو الأسيت أنيليد مثبِّتاً. المحاليل المائية للماء الأكسجيني أثبت من فوق أكسيد الهدروجين النقي ويمكن حفظها فترة طويلة.

الخصائص الكيمياوية

تظهر الخواص الكيمياوية للماء الأكسجيني بفعله المؤكسد وفعله المُرجِع وبصفاته الحمضية وبدخوله في تشكيل مركبات معقدة. فمثلاً يظهر فعله المؤكسِد في مختلف الأوساط مشكلاً الماء. فمع أيونات اليوديد في وسط حمضي، على سبيل المثال، يتكوّن اليود الحر وكبريتات البوتاسيوم والماء:

9633-27.jpg

ومع أيونات الكروم الثلاثي في وسط قلوي يتكوَّن أيون الكرومات الصفراء اللون:

ا9633-21.jpg

ومع كبريتيد الرصاص الأسود يتكوَّن كبريتات الرصاص ذات اللون الأبيض والماء:

9633-10.jpg

وهو يؤكسد أيونات الحديد الثنائي في وسط حمضي إلى أيونات الحديد الثلاثي ويتشكل الماء:

9633-16.jpg

كما يؤكسد أيون النتريت إلى أيون النترات ، وأيون الزرنيخيت إلى أيون الزرنيخات.

إن آلية أكسدة المركبات المختلفة بفوق أكسيد الهدروجين هي آلية صعبة، وفي أثناء التفاعلات يتشكل مركبات وسطية مثل OH وHO2 تتصف بخواص مؤكسدة أقوى من فوق أكسيد الهدروجين؛ ومثال هذا تفاعل فوق أكسيد الهدروجين مع أيون الحديد الثنائي التكافؤ:

9633-14.jpg

وهذا المزيج المؤلف من محاليل H2O2 وأملاح الحديد Fe2+ المعروف بكاشف فينتون يستعمل لأكسدة المركبات العضوية المختلفة.

أما فعله المرجِع فيظهر في تأكسد أيون فوق الأكسيد

وتحوله إلى O2:

9633-7.jpg

ففي المحاليل الأساسية يرجع أيون الحديد الثلاثي إلى أيون الحديد الثنائي:

9633-20.jpg

ويرجِع [[أكسيدَ الفضة Ag2O مطلقاً الأكسجين والفضة المعدنية:

9633-6.jpg

ويرجِع في الوسط الحمضي كثيراً من المواد المؤكسِدة مثل الكلور وماء الكلور وبرمنجنات البوتاسيوم وثنائي كرومات البوتاسيوم:

9633-9.jpg

فمع ماء الكلور يتم إرجاع Cl (l) إلى Cl(-l)

ومع برمنجنات البوتاسيوم يتحول المنجنيز سباعي التكافؤ إلى ثنائي التكافؤ:

9633-5.jpg

يستعمل هذا التفاعل للتحديد الكمي لفوق أكسيد الهدروجين في المحلول.

ومع ثاني كرومات البوتاسيوم البرتقالي اللون يتم إرجاع الكروم السداسي التكافؤ إلى الكروم الثلاثي التكافؤ ذي اللون الأخضر:

9633-25.jpg

ويسلك الماء الأكسجيني في المحلول سلوك حمض ثنائي الوظيفة الحمضية وهو حمض ضعيف يتأين (يتشرد) في المحاليل المائية على مرحلتين وهو أكثر حموضة من الماء:

9633-29.jpg

وهو- شأنه شأن الحموض - يغير لون عباد الشمس من الأزرق إلى الأحمر، في حين محاليله الممددة لا تؤثر في المشعرات.

يتفاعل الماء الأكسجيني مع القلويات مكوناً أملاحاً لهذا الحمض مثل Na2O2،BaO2 :

9633-4.jpg

ويؤثر في أملاح الكربونات وينطلق غاز CO2

9633-19.jpg

ويطلق على المركبات Na2O2 و BaO2 أي الأكاسيد التي تحوي الأيون (الشــاردة)

9633-22.jpg

اسـم فوق أكاسـيد. وهي ذات بنية بلورية أيونية، أيوناتها الموجبة هي الأيونات المعدنية، وأيوناتها السالبة هي


وهي تعرف خاصة للمعادن القلوية M2O2 باستثناء الليتيوم، وللمعادن القلوية الترابية MO2. وعندما تتفاعل فوق الأكاسيد مع الماء يتكون هدروكسيد المعدن وماء أكسجيني. وأهم فوق الأكاسيد، عملياً، فوق أكسيد الصوديوم Na2O2 إذ يستعمل في المختبر لتحضير الأكسجين (يعرف لذلك بالحجر الأكسجيني) وفي صناعة المواد المنظفة، كما يستعمل لتخليص الهواء من غاز الكربون وتوليد الأكسجين وفقاً للتفاعل:

9633-15.jpg

يستطيع الجذر

الدخول أيضاً في الحموض مكوِّناً فوق الحموض مثل فوق حمض الكبريت H2SO5 (حمض كارو)، وفوق حمض الكربون H2CO4 وفوق حمض الآزوت HNO4. ويدخل في الأسس مكوِّناً مثلاً NaOOH الذي يدعى بهيدرو فوق أكسيد الصوديوم.

أما الكشف النوعي عن الماء الأكسجيني فيظهر في تأثيره في ثاني كرومات البوتاسيوم في وسط حمضي بوجود ثنائي إيتيل الإيتر حيث تتكون طبقة الإيتر بلون فوق أكسيد الكروم CrO5 الأزرق السماوي والذي يتفكك بتماسه مع حمض الكبريت مشكلاً في الطبقة المائية الكروم الثلاثي ذا اللون الأخضر وفق ما يأتي:

9633-23.jpg

الجزيء H2O2 مثل جزيء الماء H2O مانح ثنائيات إلكترونية حرة إذ يستطيع الدخول في المعقدات فهو مرتبط معتدل مثلاً في الأيون المعقد [Fe (H2O)5(H2O2)]3+ وكذلك يستطيع تشكيل مركبات بلورية مشابهة للهيدرات وتدعى بـ بيرأوكسوهيدرات مثل:CaO2.2H2O2 ¨ K2CO3. 3H2O2 .[3]


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

التاريخ

قام بعزل پروكسيد الهيدروجين لأول مرة في 1818 لوي جاك ثينار بتفاعل پروكسيد الباريوم مع حمض النيتريك.[4]


التحضير

انتاج پروكسيد الهيدروجين بعملية ريدل-فلايدرر.

يحضر الماء الأكسجيني مخبرياً على البارد بتأثير الحموض الممدة في فوق أكسيد المعادن BaO2 أو Na2O2، ويحضر بسهولة من تفاعل حمض الكبريت الممدد مع فوق أكسيد الباريوم ويتكوَّن راسب كبريتات الباريوم.

9633-17.jpg

وبترشيح الراسب المتشكل يحصل على محلول ممدد من H2O2 بتركيز قدره 5%.

أما صناعياً فيحضر بطرائق عديدة منها:

ـ التحليل الكهربائي لكبريتات الأمونيوم الحامضية NH4HSO4 أو حمض الكبريت باستعمال كثافة تيار عالية ومسـريين من البـلاتين فيتأكسد الأيون

على المصعد متحولاً إلى أيون بِرأوكسو ثنائي الكبريتات وينطلق الهدروجين على المهبط وفق التفاعل:

9633-28.jpg

وبحلمهة الأيون أو حمضها الناتج يحصل على محلول مخفف من الماء الأكسجيني تركيزه 30%:

9633-8.jpg

ـ بأكسدة الكحول الإيزوبروبيلي.

9633-30.jpg

وبالتقطير يتخلص من الأسيتون

وفي الطبيعة يتشكل الماء الأكسجيني كنواتج فاصلة أو مشابهة خلال أكسدة المركبات المعدنية بأكسجين الهواء، ويتشكل في الخلايا النباتية والحيوانية بتركيز ضعيف جداً، لأنه يتفكك بتأثير الخمائر الوسيطية مؤكسداً مركباتها العضوية.

التفاعلات

الانحلال

ينحل بروكسيد الهيدروجين، ناشراً للحرارة (بشكل غير متناسب)، إلى ماء وغاز الأكسجين آنياً:

2 H2O2 → 2 H2O + O2

هذه العملية مُفضـَّلة ثرموديناميكياً. فلها ΔHo of −98.2 kJ·mol−1 and a ΔGo of −119.2 kJ·mol−1 and a ΔS of 70.5 J·mol−1·K−1. معدل الانحلال يعتمد على درجة الحرارة وتركيز الپروكسيد، وكذلك pH ووجود شوائب ومثبتتات.

تفاعلات أكسدة-اختزال

في محلول حمضي، فإن H2O2 هو أحد أقوى المؤكسِدات المعروفة—أقوى من الكلور, ثاني أكسيد الكلور وپرمنگنات الپوتاسيوم. وكذلك عبر التحفيز، فإن H2O2 يمكن تحويله إلى hydroxyl radicals (.OH)، التي هي عالية التفاعل.

المؤكسِد القدرة على الأكسدة، V
فلور 3.0
جذر هيدروكسيل 2.8
اوزون 2.1
پروكسيد الهيدروجين 1.8
پرمنگنات الپوتاسيوم 1.7
ثاني أكسيد الكلور 1.5
كلور 1.4


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

القلوية

الاستخدامات

التطبيقات الصناعية

حاوية خزان لنقل پروكسيد الهيدروجين.

التطبيقات الصناعية الرئيسية الأخرى لپروكسيد الهيدروجين تضم صناعة پركربونات الصوديوم وپربورات الصوديوم, المستخدَمان ك bleaches معتدل في منظفات الغسيل.

ويـُستخدم پروكسيد الهيدروجين كذلك في صناعة استكشاف النفط والغاز ليؤكسِد المكامن الصخرية إعداداً ل]]لتحليل الأحفوري الدقيق]] micro-fossil analysis.

وفي الصناعة الكيمياوية يُستعمل فوق أكسيد الهدروجين مؤكسِداً، ومادة أولية للحصول على المركبات فوق الأكسيدية المعدنية ومبادراً في البلمرة، ومبيضاً للحرير والصوف والريش والفرو.

الاستخدامات المنزلية

أطراف الأصابع
الجلد مباشرة بعد التعرض لپروكسيد الهيدروجين H2O2 بتركيز 30%.

يُعطي فوق أكسيد الهدروجين ذو التركيز العالي الذي يتفكك على الحفاز (الوسيط) catalyst المؤكسِد مزيجاً غازياً من الأكسجين وبخار الماء الساخن الذي تصل درجة حرارته حتى 700 ْس (غاز بخاري)، والذي يستعمل وقوداً في المحركات النفاثة.

وبما يتعلق بمشكلة تلوث البيئة من مخلفات النواتج الكيمياوية فإن فوق أكسيد الهدروجين يتميز بقيمة خاصة مؤكسداً نقياً لا يشكل نواتج سامة.

فوق أكسيد الهدروجين غير سام، لكن سقوط محاليله المركزة على الجلد أو الأغشية المخاطية أو في مجاري التنفس تسبب حروقاً في هذه الأماكن.

في الطب

وفي الطب يستعمل فوق أكسيد الهدروجين كأحد مستحضرات الوسائل المطهرة، ويستعمل محلوله بتركيز 3% للغسل والغرغرة عند التهاب الفم والتهاب اللوزتين وفي أمراض النساء ويستعمل أحياناً في توقيف النزيف الدموي الأنفي.

الاستخدام كدافع

Rocket Belt hydrogen peroxide propulsion system (see Jet packs).

السلامة

المصادر

الهامش

  1. ^ Pradyot Patnaik. Handbook of Inorganic Chemicals. McGraw-Hill, 2002, ISBN 0-07-049439-8
  2. ^ Dougherty, Dennis A. (2005). Modern Physical Organic Chemistry. University Science. p. 122. ISBN 1-891389-31-9. Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)
  3. ^ رياض حجازي. "الماء الأكسجيني". الموسوعة العربية.
  4. ^ L. J. Thenard (1818). Annales de chimie et de physique. 8: 308. Missing or empty |title= (help)

ببليوجرافيا

  • J. Drabowicz et al., in The Syntheses of Sulphones, Sulphoxides and Cyclic Sulphides, p112-116, G. Capozzi et al., eds., John Wiley & Sons, Chichester, UK, 1994. ISBN 0-471-93970-6.
  • N. N. Greenwood, A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, 2nd ed., Butterworth-Heinemann, Oxford, UK, 1997. A great description of properties & chemistry of H2O2.
  • J. March, Advanced Organic Chemistry, 4th ed., p. 723, Wiley, New York, 1992.
  • W. T. Hess, Hydrogen Peroxide, in Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 4th edition, Wiley, New York, Vol.13, 961-995 (1995).

وصلات خارجية