מי חמצן (H2O2): מבנה, תכונות, שימושים, השגת - כִּימִיָה - 2025

מי חמצן הוא תרכובת אורגנית עם הנוסחה הכימית H ₂ O ₂ . מכל זה זהו החמצן הפשוט ביותר במשפחה זו של תרכובות כימיות. הנוסחה המבנית שלו היא HOOH, הגשר החמצן הפנימי הזה אופייני לכל החמצן.

בשנת 1818 זוהה ה- H ₂ O ₂ על ידי לואיס ז'ק ת'נארד, שהכין תרכובת כימית אותה כינה אז מי חמצן. זהו תרכובת לא יציבה, הוא מתפרק מחשיפה לאור, חום וקצת מתכות.

פורמולה כימית של מי חמצן

זהו תרכובת שימושית מאוד המשמשת בחיטוי פצעים קלים, הלבנת שיער, טיפול במים וכו '. למרות שיכולות להיות לה פעולות מזיקות לבני אדם, הוא נמצא בכל התאים האוקריוטיים של יצורים חיים, שם הוא מבצע מספר פונקציות מועילות.

מי חמצן מייצרים חמצון של חומרים רעילים כמו פנולים, אתנול, פורמלדהיד וכו ', מוצרים שמוחסלים על ידי הכבד והכליות. בנוסף, זה תורם להרס חיידקים הפגוציטים שנמצאים על ידי לויקוציטים נויטרופיליים ומקרופאגים.

מִבְנֶה

מולקולה

מולקולת מי חמצן המיוצגת על ידי מודל כדור ומקל. מקור: Benjah-bmm27 דרך Wikipedia.

התמונה העליונה מציגה את מבנה מולקולת H ₂ O ₂ (HOOH), כאשר הכדוריות האדומות תואמות את אטומי החמצן, והלבנים אטומי המימן. שימו לב כי המולקולה אינה שטוחה, וכי אטומי ה- H אינם מוגדרים בחלל (זה מול זה).

מעניין לציין כי H ₂ O ₂ מתקשה לסובב את הקשר הפשוט והמרכזי שלו OO, כך שלא ניתן להחליף בין עמדות ה- H אלה; האחד לא יירד בעוד השני יעלה.

למה? מכיוון שבשני אטומי החמצן ישנם שני זוגות אלקטרונים חופשיים, אשר נותנים בסך הכל שמונה אלקטרונים קרובים מאוד ושדוחים זה את זה בגלל המטענים השליליים שלהם.

סיבובים

עם זאת, קישור OO חשוף לסיבוב קל בגלל אינטראקציות עם סביבתו.

לדוגמה, על ידי קירוב שני האגודלים, עם אצבעות האצבעות מורחבות והאחרים סגורים, כמו ציור בית משפט ואז הפניית האגודלים בצורה כזו שאחת מאצבעות האצבע מצביעה קדימה והשנייה לאחור, יהיה לך ייצוג משוער של H ₂ O ₂ .

אם גוף נוגע באחת מאצבעות האצבע, האגודלים יסתובבו בתגובה לאינטראקציה זו; עם זאת, הם יחזרו מייד לעמדתם המקורית בגלל הדחיות האלקטרוניות שהוזכרו לעיל. סיבובים אלו מסגרים אפוא את ההיבטים הדינמיים של מולקולה זו.

אינטראקציות בין מולקולריות

במצב הנוזלי, H ₂ O ₂ מצליח ליצור קשרי מימן (HOOH-O ₂ H ₂ ), שכן אחרת לא תוסבר נקודת הרתיחה הגבוהה (150 מעלות צלזיוס) בהשוואה לזו של מים.

ברגע שזה יעבור לשלב הגזי, מולקולות ה- H ₂ O _2, ככל הנראה, כבר לא יכולות ליצור גשרים כאלה, לא רק בגלל המרחק הבין-מולקולרי הגדול יותר, אלא גם אטומי המימן יהיו הראשונים לגעת במקרה של התנגשויות (זה יכול דמיינו שוב באמצעות דגם האצבע).

בינתיים, בשלב המוצק, זווית המטוסים שהוקמה על ידי ה- H היא 90 מעלות (הניחו את אצבעות האצבע בניצב). כעת קשרי המימן הופכים חשובים עוד יותר ומולקולות ה- H ₂ O ₂ מסודרות בגביש עם מבנה טטרגון.

נכסים

בקבוק עם מי חמצן. בבתי מרקחת זה מושג בריכוז של 3% m / v. מקור: Pixnio.

שמות

-מי חמצן

דיוקסידן

-אוקסידנול

חומצה פרהידרוקסית

-O- הידרוקסיול

-מֵי חַמצָן

מסה מולארית

34.0147 גרם / מול

מראה חיצוני

נוזל כחול בהיר (מרוכז) או חסר צבע. הוא מעט צמיגי וצפוף יותר מאשר מים. הוא מזוקק לבטיחות בטמפרטורות נמוכות ובלחץ מופחת, מכיוון שהוא מתפרק בחימום בצורה מתפרצת.

רֵיחַ

ריח חד או דמוי אוזון.

טַעַם

טעם מר

צְפִיפוּת

מוצק 1.71 גרם / ס"מ ³

צפיפות התמיסות המימיות שלה תלויה בריכוזם; לדוגמא, ב 27% יש לו צפיפות של 1.10 גרם / ס"מ ³ ואילו ב -50%, 1.13 גרם / ס"מ ³

נקודת המסה

- 0.43 מעלות צלזיוס

נקודת רתיחה

150.2 מעלות צלזיוס ערך זה הושג באמצעות אקסטרפולציה, שכן מי חמצן מתפרקים בטמפרטורות גבוהות.

מסיסות במים

לא ניתן להבחין ב ≥ 100 מ"ג / מ"ל ​​בחום של 25 מעלות צלזיוס

מְסִיסוּת

זה מסיס באתרים ובאלכוהולים, אך לא מסיס באתר נפט. זה מתפרק למים וחמצן בממסים אורגניים רבים.

מקדם מחיצת אוקטנול / מים

יומן P = - 0.43

לחץ אדים

5 מ"מ כספית בחום 30 מעלות צלזיוס

מתן קבוע

pKa = 11.72

pH

תמיסות מי חמצן מעט חומציות. לדוגמא, 35% הוא בעל pH של 4.6; אך כאשר הוא מרוכז ב 90%, ה- pH הופך להיות פחות חומצי: 5.1.

מדד שבירה (n

1,4061

צְמִיגוּת

1,245 cPoise ב 20 מעלות צלזיוס.

קיבולת חום

1,267 J / gK (גז)

2,619 J / gK (נוזל)

חום האידוי

1,519 J / g K

יַצִיבוּת

יציב בתנאים מומלצים. הוא מתייצב עוד יותר על ידי תוספת של מלחי אצטניליד ופח.

קורוזיה

מְאַכֵּל

הִתפָּרְקוּת

זה מתפרק בחשיפה לאור או בנוכחות חומרים מחמצנים ומפחיתים. זה מתפרק גם בחימום. כאשר הוא מתפרק, הוא משחרר מים וחמצן, ומועדף על ידי עלייה בחומציות ובטמפרטורה, כמו גם על ידי נוכחות הקטלז האנזים.

מתח פנים

80.4 שדים / ס"מ בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס

תגובתיות

H ₂ O ₂ משמש כחומר מחמצן בתמיסות חומצות של ברזל ברזלי (Fe ²⁺ ) לברזל ברזלי (F ³⁺ ); הוא גם מחמצן את היון הגולפטי (SO ₃ ^2- ) ליון סולפט (SO ₄ ^2- ).

זה יכול גם לפעול כחומר הפחתה בנוכחות פתרונות בסיסיים, להפחתת נתרן היפוכלוריט (NaOCl) ופרמנגנט אשלגן (KMnO ₄ ) עם שחרור חמצן.

יישומים

הַלבָּנָה

מי חמצן משמשים בתעשיית הנייר בהלבנת עיסת נייר, הצורכת את מרבית הייצור השנתי שלה.

מְחַטֵא

מי חמצן הם חיטוי קל למניעת זיהום של פצעים קטנים, שריטות וכוויות. הוא משמש גם כמי שטיפת פה וכדי להקל על גירוי קל בפה בגלל נוכחות של פצעי סרטן או דלקת חניכיים.

הוא משמש גם לחיטוי משטחים, פנים מקררים, מים ולמאבק בגידול חיידקים מוגזם במערכות מים ומגדלי קירור. מי חמצן משחררים רדיקלי חמצן חופשיים, המפרקים מזהמים.

חומר ניקוי

מי חמצן משמשים לייצור חומרי ניקוי להלבנת כביסה, כולל נתרן פריקרבונט. תרכובת זו היא קומפלקס של נתרן קרבונט וחמצן מימן, שכאשר הם מומסים במים, מופרדים לרכיביו.

יישום קוסמטי

מי חמצן מדולל משמשים בהלבנת שיער, לפני הכתמה. הוא משמש גם להלבנת שיניים, כמו גם חלק ממשחת שיניים ביתית.

דחף

מי חמצן משמשים כמרכיב המונופרופילנטי או המחמצן של רקטה דו-גרופית. זה מפרק שחרור חמצן ומים, מאפיין שמאפשר את השימוש בו כמונע.

הוא מוזרם לתא תגובה עם נוכחות של זרז שמאיץ את הפירוק האמור. במהלך זה נוצר אדי מים בטמפרטורה גבוהה.

כאשר הקיטור גורש דרך פער, הוא מייצר דחף. הצוללת V-80, שנבנתה בשנת 1940, השתמשה בחמצן שנוצר מחמצן מימן בטורבינות שלה; קרא למערכת הטורבינה של וולטר.

להשיג

בתחילה, מי חמצן התקבלו באופן תעשייתי על ידי הידרוליזה של אמוניום פרסולפט, או אלקטרוליזה של אמוניום ביסולפט, NH ₄ HSO ₄ .

מי חמצן מתקבלים כיום באופן תעשייתי באמצעות אנתרקינון. התהליך מתבצע בארבעה שלבים: מימן, סינון, חמצון, מיצוי וטיהור.

מימן

האלקיל-אנתרוקינון ממומן על ידי העברת גז מימן דרך מימן הידען עמוס באלומינה וכמות קטנה של הזרז (פלדיום). הטמפרטורה נשמרת על 45 מעלות צלזיוס תוך ערבוב קבוע.

האלקילקרוקינון מומר לאלקרה-אנתרוהידרוקינון והטטרה-הידרוקיל-אנתר-הידרוקינון, כאשר האחרון נבחר לנוחיותו לצורך ההליכים הבאים.

סִנוּן

הפתרון המכיל את האנתרקינון המוגן מסונן כדי להסיר עקבות של הזרז שהוא עשוי להכיל.

חִמצוּן

התמיסה המסוננת מתחמצנת על ידי העברת אוויר דרכה ויוצרת מי חמצן בטוהר נמוך.

מיצוי וטיהור

תמיסת מי החמצן עוברת בטור מיצוי נוזלי-נוזלי. מים זורמים דרך העמוד ואילו תמיסת מי החמצן נשאבים דרכה.

המים מגיעים לתחתית המיצוי בריכוז מי חמצן בין 25 ל- 35% w / w. לאחר מכן, הוא מטוהר על ידי זיקוק ואקום, עד לריכוז מי חמצן של 30%. לבסוף הוא מתייצב ונשמר.

סיכונים

מי חמצן שורפים. מקור: Bobjgalindo

מי חמצן הוא חומר מאכל, ולכן במגע עם העור הוא מייצר גירוי קשה, בנוסף להלבנה זמנית (תמונה עליונה). זה יכול גם לגרום לנזק לעיניים, גירוד, פריחה, אדמומיות ושלפוחית.

שאיפה גורמת לגירוי באף, בגרון ובריאות. בינתיים חשיפה חוזרת יכולה לגרום לסימפונות, שיעול, ליחה וקוצר נשימה. וכאילו זה לא הספיק, זה גם מייצר כאבי ראש, סחרחורות, בחילות והקאות.

חשיפה חמורה לחמצן מי חמצן יכולה לגרום להצטברות נוזלים בריאות, המכונה בצקת ריאות - מצב חמור המצריך טיפול רפואי מיידי.

מינהל הבטיחות והבריאות התעסוקתית (OSHA) קבע את המרבי המותר לחמצן המימן של 1 עמודים לדקה בסביבת עבודה במשמרת של 8 שעות. עם זאת, מכיוון שמדובר בתרכובת מוטגנית, יש לשמור על החשיפה למינימום.

הפניות

1. שיבר ואטקינס. (2008). כימיה אורגנית. (גרסה רביעית). מק גריי היל.
2. ויקיפדיה. (2019). מי חמצן. התאושש מ: en.wikipedia.org
3. וויליאם ר. בוסינג והנרי א. (2004). מבנה גבישי ומולקולרי של מי חמצן: מחקר ניטרוני - דיפרקציה. doi.org/10.1063/1.1696379
4. המרכז הלאומי למידע ביוטכנולוגי. (2019). מי חמצן. מאגר PubChem. CID = 784. התאושש מ: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. עורכי אנציקלופדיה בריטניקה. (27 בנובמבר 2018). מי חמצן. אנציקלופדיה בריטניקה. התאושש מ: britannica.com
6. מחלקת הבריאות של ניו ג'רזי. (2016). מי חמצן. . התאושש מ: nj.gov
7. Mathews, CK, Van Holde, KE, Ahern, KG (2002). בִּיוֹכִימִיָה. מהדורה שלישית. המו"ל פירסון אדיסון ווסלי
8. Web MD. (2019). מי חמצן. התאושש מ: webmd.com