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Peróxido de hidrógeno
Fórmula estructural del peróxido de hidrógeno.
modelo de llenado de espacio de la molécula de peróxido de hidrógeno
Nombres
Nombre IUPAC
Peróxido de hidrógeno
Otros nombres
Dioxidane
oxidanyl
ácido Perhydroxic
0-hydroxyol
dióxido de dihidrógeno
oxigenada agua
Peroxaan
Identificadores
Modelo 3D ( JSmol )
CHEBI
CHEMBL
ChemSpider
Tarjeta de información ECHA100.028.878 Edita esto en Wikidata
Número CE
  • 231-765-0
KEGG
Número RTECS
  • MX0900000 (solución> 90%)
    MX0887000 (solución> 30%)
UNII
un numero2015 (solución> 60%)
2014 (solución 20–60%)
2984 (solución 8–20%)
  • InChI = 1S / H2O2 / c1-2 / h1-2H chequeY
    Clave: MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N chequeY
  • InChI = 1 / H2O2 / c1-2 / h1-2H
    Clave: MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYAL
  • OO
Propiedades
H 2 O 2
Masa molar34,0147 g / mol
AparienciaColor azul muy claro; incoloro en solución
Olorligeramente afilado
Densidad1,11 g / cm 3 (20 ° C, solución al 30% (p / p)) [1]
1,450 g / cm 3 (20 ° C, puro)
Punto de fusion −0,43 ° C (31,23 ° F; 272,72 K)
Punto de ebullición 150,2 ° C (302,4 ° F; 423,3 K) (se descompone)
Miscible
Solubilidadsoluble en éter , alcohol
insoluble en éter de petróleo
log P-0,43 [2]
Presión de vapor5 mmHg (30 ° C) [3]
Acidez (p K a )11,75
Susceptibilidad magnética (χ)
−17,7 · 10 −6 cm 3 / mol
Índice de refracción ( n D )
1.4061
Viscosidad1.245 c P (20 ° C)
Momento bipolar
2,26  D
Termoquímica
Capacidad calorífica ( C )
1,267 J / (g · K) (gas)
2,619 J / (g · K) (líquido)
Entalpía estándar de formación (Δ f H ⦵ 298 )
−187,80 kJ / mol
Farmacología
Código ATC
A01AB02 ( OMS ) D08AX01 ( OMS ), D11AX25 ( OMS ), S02AA06 ( OMS )
Peligros
Ficha de datos de seguridadICSC 0164 (solución> 60%)
Pictogramas GHS
Palabra de señal GHSPeligro
Declaraciones de peligro GHS
H271 , H302 , H314 , H332 , H335 , H412
Consejos de prudencia del SGA
P280 , P305 + 351 + 338 , P310
NFPA 704 (diamante de fuego)
3
0
3
BUEY
punto de inflamabilidadNo es inflamable
Dosis o concentración letal (LD, LC):
LD 50 ( dosis mediana )
1518 mg / kg [ cita requerida ]
2000 mg / kg (oral, ratón) [4]
LC 50 ( concentración media )
1418 ppm (rata, 4 h) [4]
LC Lo ( más bajo publicado )
227 ppm (ratón) [4]
NIOSH (límites de exposición a la salud de EE. UU.):
PEL (permitido)
TWA 1 ppm (1,4 mg / m 3 ) [3]
REL (recomendado)
TWA 1 ppm (1,4 mg / m 3 ) [3]
IDLH (peligro inmediato)
75 ppm [3]
Compuestos relacionados
Compuestos relacionados
Agua
Ozono
Hidrazina
Disulfuro de hidrógeno Difluoruro de
dioxígeno
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
chequeY verificar  ( ¿qué es   ?)chequeY☒norte
Referencias de Infobox

El peróxido de hidrógeno es un compuesto químico de fórmula H
2O
2. En su forma pura, es un muy pálido azul [5] líquido , un poco más viscosa que el agua . Se utiliza como oxidante , blanqueador y antiséptico . El peróxido de hidrógeno concentrado, o "peróxido de alto rendimiento ", es una especie de oxígeno reactivo y se ha utilizado como propulsor en cohetes . [6] Su química está dominada por el enlace OO.

El peróxido de hidrógeno es el peróxido más simple (un compuesto con un enlace sencillo oxígeno-oxígeno ). Se descompone lentamente en presencia de luz. El peróxido de hidrógeno se almacena típicamente con un estabilizador en una solución débilmente ácida en una botella de color oscuro. El peróxido de hidrógeno se encuentra en sistemas biológicos, incluido el cuerpo humano. Las enzimas que usan o descomponen el peróxido de hidrógeno se clasifican como peroxidasas .

Propiedades [ editar ]

El punto de ebullición de H
2O
2se ha extrapolado como 150,2 ° C (302,4 ° F), aproximadamente 50 ° C (90 ° F) más alto que el agua. En la práctica, el peróxido de hidrógeno sufrirá una descomposición térmica potencialmente explosiva si se calienta a esta temperatura. Puede destilarse de forma segura a temperaturas más bajas a presión reducida. [7]

Estructura [ editar ]

Estructura y dimensiones del H 2 O 2 en la fase sólida (cristalina)

Peróxido de hidrógeno ( H
2O
2) es una molécula no plana con simetría C 2 (retorcida) ; esto fue demostrado por primera vez por Paul-Antoine Giguère en 1950 usando espectroscopía infrarroja . [8] [9] Aunque el enlace O − O es un enlace sencillo , la molécula tiene una barrera rotacional relativamente alta de 2460 cm −1 (29,45 kJ / mol ); [10] a modo de comparación, la barrera rotacional para el etano es 1040 cm -1 (12,5 kJ / mol). El aumento de la barrera se atribuye a la repulsión entre los pares solitarios. de los átomos de oxígeno adyacentes.

El ángulo diedro de aproximadamente 100 ° entre los dos enlaces O – H hace que la molécula sea quiral . Es la molécula más pequeña y simple que exhibe enantiomería . Se ha propuesto que las interacciones enantioespecíficas de uno en lugar del otro pueden haber conducido a la amplificación de una forma enantiomérica de ácidos ribonucleicos y, por lo tanto, a un origen de homoquiralidad en un mundo de ARN . [11]

Las estructuras moleculares de H gaseoso y cristalino
2O
2son significativamente diferentes. Esta diferencia se atribuye a los efectos del enlace de hidrógeno , que está ausente en estado gaseoso. [12] Cristales de H
2O
2son tetragonales con el grupo espacial D4
4P 4 1 2 1 . [13]

Soluciones acuosas [ editar ]

En soluciones acuosas , el peróxido de hidrógeno se diferencia de la sustancia pura debido a los efectos de los enlaces de hidrógeno entre el agua y las moléculas de peróxido de hidrógeno. El peróxido de hidrógeno y el agua forman una mezcla eutéctica , que presenta una depresión del punto de congelación tan bajo como -56 ° C; el agua pura tiene un punto de congelación de 0 ° C y el peróxido de hidrógeno puro de −0,43 ° C. El punto de ebullición de las mismas mezclas también está deprimido en relación con la media de ambos puntos de ebullición (125,1 ° C). Ocurre a 114 ° C. Este punto de ebullición es 14 ° C mayor que el del agua pura y 36,2 ° C menor que el del peróxido de hidrógeno puro. [14]

  • Diagrama de fases de H
    2    O
    2    y agua: el área por encima de la línea azul es líquida. Las líneas de puntos separan las fases sólido-líquido de las fases sólido-sólido.
  • Densidad de la solución acuosa de H 2 O 2
    H 2 O 2 ( p / p )Densidad
    (g / cm 3 )    		Temperatura.
    (° C)
    3%1,009515
    27%1,1020
    35%1,1320
    50%1,2020
    70%1,2920
    75%1,3320
    96%1,4220
    98%1,4320
    100%1,4520

    • Comparación con análogos [ editar ]

    El peróxido de hidrógeno tiene varios análogos estructurales con arreglos de enlace H m −X − X − H n (también se muestra el agua a modo de comparación). Tiene el punto de ebullición más alto (teórico) de esta serie (X = O, N, S). Su punto de fusión también es bastante alto, siendo comparable al de la hidracina y el agua, y solo la hidroxilamina cristaliza significativamente más fácilmente, lo que indica un enlace de hidrógeno particularmente fuerte. El difosfano y el disulfuro de hidrógeno presentan solo enlaces de hidrógeno débiles y tienen poca similitud química con el peróxido de hidrógeno. Estructuralmente, todos los análogos adoptan estructuras asimétricas similares, debido a la repulsión entre pares solitarios adyacentes .

    Propiedades del H 2 O 2 y sus análogos Los
    valores marcados con * son extrapolados
    NombreFórmulaMasa molar
    (g / mol)
    Punto de fusión (° C)
    Punto de ebullición (° C)
    Peróxido de hidrógenoHOOH34.01−0,43150,2 *
    AguaHOH18.020,0099,98
    Disulfuro de hidrógenoHSSH66.15−89,670,7
    HidracinaH 2 NNH 232.052114
    HidroxilaminaNH 2 OH33.033358 *
    DifosfanoH 2 PPH 265,98−9963,5 *

    Descubrimiento [ editar ]

    Alexander von Humboldt informó de uno de los primeros peróxidos sintéticos, el peróxido de bario , en 1799 como un subproducto de sus intentos de descomponer el aire. [ cita requerida ] Diecinueve años después, Louis Jacques Thénard reconoció que este compuesto podría usarse para la preparación de un compuesto previamente desconocido, que describió como eau oxygénée ("agua oxigenada") - posteriormente conocido como peróxido de hidrógeno. [15] [16] [17]Hoy en día, el término "agua oxigenada" puede aparecer en los envases de venta al por menor refiriéndose a mezclas que contienen agua y peróxido de hidrógeno o agua y oxígeno disuelto. Esto podría causar lesiones personales si el usuario no comprende correctamente la diferencia. [18]

    Una versión mejorada del proceso de Thénard utilizó ácido clorhídrico , seguido de la adición de ácido sulfúrico para precipitar el subproducto de sulfato de bario . Este proceso se utilizó desde finales del siglo XIX hasta mediados del siglo XX. [19]

    Thénard y Joseph Louis Gay-Lussac sintetizaron peróxido de sodio en 1811. [ cita requerida ] El efecto blanqueador de los peróxidos y sus sales sobre los tintes naturales se conoció en esa época, pero los primeros intentos de producción industrial de peróxidos fracasaron. La primera planta de producción de peróxido de hidrógeno se construyó en 1873 en Berlín . El descubrimiento de la síntesis de peróxido de hidrógeno por electrólisis con ácido sulfúrico introdujo el método electroquímico más eficiente. Se comercializó por primera vez en 1908 en Weißenstein , Carintia , Austria. El proceso de la antraquinona, que todavía se utiliza, fue desarrollado durante la década de 1930 por el fabricante de productos químicos alemán IG Farben en Ludwigshafen . El aumento de la demanda y las mejoras en los métodos de síntesis dieron como resultado el aumento de la producción anual de peróxido de hidrógeno de 35.000 toneladas en 1950, a más de 100.000 toneladas en 1960, a 300.000 toneladas en 1970; en 1998 alcanzó los 2,7 millones de toneladas. [20]

    Los primeros intentos fracasaron en producir peróxido de hidrógeno puro. El peróxido de hidrógeno anhidro se obtuvo en primer lugar mediante destilación al vacío . [21]

    La determinación de la estructura molecular del peróxido de hidrógeno resultó ser muy difícil. En 1892, el físico químico italiano Giacomo Carrara (1864-1925) determinó su masa molecular por depresión del punto de congelación , lo que confirmó que su fórmula molecular es H 2 O 2 . [22] Al menos media docena de estructuras moleculares hipotéticas parecían ser consistentes con la evidencia disponible. [23] En 1934, el físico matemático inglés William Penney y el físico escocés Gordon Sutherland propusieron una estructura molecular para el peróxido de hidrógeno que era muy similar a la actualmente aceptada. [24] [25]

    Anteriormente, el peróxido de hidrógeno se preparaba industrialmente mediante hidrólisis de persulfato de amonio , que a su vez se obtenía mediante la electrólisis de una solución de bisulfato de amonio ( NH
    4    HSO
    4    ) en ácido sulfúrico : [26]

    Producción [ editar ]

    Ciclo catalítico para el proceso de antraquinona para producir peróxido de hidrógeno.

    Hoy en día, el peróxido de hidrógeno se fabrica casi exclusivamente mediante el proceso de la antraquinona , que la empresa química alemana BASF desarrolló y patentó en 1939. Comienza con la reducción de una antraquinona (como la 2-etilantraquinona o el derivado 2-amílico) a la antrahidroquinona correspondiente. , típicamente por hidrogenación sobre un catalizador de paladio . En presencia de oxígeno , la antrahidroquinona luego se autooxida : los átomos de hidrógeno lábiles de los grupos hidroxitransferir a la molécula de oxígeno, para dar peróxido de hidrógeno y regenerar la antraquinona. La mayoría de los procesos comerciales logran la oxidación burbujeando aire comprimido a través de una solución de antrahidroquinona, extrayendo luego el peróxido de hidrógeno de la solución y reciclando la antraquinona para sucesivos ciclos de hidrogenación y oxidación. [27] [28]

    La reacción neta del proceso catalizado por antraquinona es: [27]

    H
    2    + O
    2    → H
    2    O
    2

    La economía del proceso depende en gran medida del reciclado eficaz de los disolventes de extracción, el catalizador de hidrogenación y la costosa quinona .

    Contenedor cisterna ISO para transporte de peróxido de hidrógeno
    Un carro tanque diseñado para transportar peróxido de hidrógeno por ferrocarril.

    Otras fuentes [ editar ]

    Se pueden formar cantidades pequeñas, pero detectables, de peróxido de hidrógeno mediante varios métodos. Se forman pequeñas cantidades por electrólisis de ácido diluido alrededor del cátodo donde se desprende hidrógeno si se burbujea oxígeno a su alrededor. También se produce al exponer el agua a los rayos ultravioleta de una lámpara de mercurio o un arco eléctrico mientras se confina en un recipiente transparente a los rayos ultravioleta (por ejemplo, cuarzo). Es detectable en agua helada después de quemar una corriente de gas hidrógeno dirigida hacia él y también es detectable en hielo flotante. El aire húmedo de enfriamiento rápido soplado a través de un espacio de chispa de aproximadamente 2000 ° C da como resultado cantidades detectables. [29]

    Un proceso comercialmente viable para producir peróxido de hidrógeno directamente del medio ambiente ha sido de interés durante muchos años. Es difícil conseguir una síntesis directa eficaz, ya que la reacción del hidrógeno con el oxígeno favorece termodinámicamente la producción de agua. Se han desarrollado sistemas de síntesis directa, la mayoría de los cuales emplean catalizadores metálicos finamente dispersos similares a los utilizados para la hidrogenación de sustratos orgánicos. [30] [31] Ninguno de estos ha llegado a un punto en el que puedan utilizarse para síntesis a escala industrial.

    Disponibilidad [ editar ]

    El peróxido de hidrógeno se encuentra comúnmente disponible como solución en agua. Para los consumidores, generalmente está disponible en las farmacias al 3 y al 6 % en peso.concentraciones. A veces, las concentraciones se describen en términos del volumen de oxígeno gaseoso generado; un mililitro de una solución de 20 volúmenes genera veinte mililitros de gas oxígeno cuando se descompone por completo. Para uso en laboratorio, las soluciones al 30% en peso son las más comunes. También se encuentran disponibles grados comerciales del 70% al 98%, pero debido al potencial de que las soluciones de más del 68% de peróxido de hidrógeno se conviertan por completo en vapor y oxígeno (con la temperatura del vapor aumentando a medida que la concentración aumenta por encima del 68%) estos grados son potencialmente mucho más peligrosos y requieren un cuidado especial en áreas de almacenamiento dedicadas. Normalmente, los compradores deben permitir la inspección por parte de los fabricantes comerciales.

    En 1994, la producción mundial de H
    2    O
    2    fue de alrededor de 1,9 millones de toneladas y aumentó a 2,2 millones en 2006, [32] la mayor parte de las cuales tenían una concentración del 70% o menos. En ese año, granel 30% H
    2    O
    2    vendido por alrededor de 0,54 USD / kg , equivalente a 1,50 USD / kg (0,68 USD / lb ) sobre una "base del 100%" [ aclaración necesaria ] . [27]

    El peróxido de hidrógeno se encuentra en aguas superficiales, subterráneas y en la atmósfera . Se forma tras la iluminación o la acción catalítica natural de sustancias contenidas en el agua. El agua de mar contiene de 0,5 a 14 μg / L de peróxido de hidrógeno, agua dulce de 1 a 30 μg / L y aire de 0,1 a 1 partes por mil millones. [20]

    Reacciones [ editar ]

    Descomposición [ editar ]

    El peróxido de hidrógeno se descompone para formar agua y oxígeno con un Δ H o de –2884,5  kJ / kg [33] y un Δ S de 70,5 J / (mol · K):

    2 H
    2    O
    2    → 2 H
    2    O     + O
    2

    La velocidad de descomposición aumenta con el aumento de la temperatura, la concentración y el pH , y las soluciones ácidas, diluidas y frías muestran la mejor estabilidad. La descomposición es catalizada por varios compuestos, incluida la mayoría de los metales de transición y sus compuestos (por ejemplo, dióxido de manganeso (MnO 2 ), plata y platino ). [34] Ciertos iones metálicos, como Fe2+o Ti3+, puede hacer que la descomposición tome un camino diferente, formándose radicales libres como el radical hidroxilo (HO ·) y el hidroperoxilo (HOO ·). Los catalizadores no metálicos incluyen yoduro de potasio , que reacciona particularmente rápido y forma la base de la demostración de la pasta de dientes de elefante . El peróxido de hidrógeno también puede descomponerse biológicamente por la enzima catalasa . La descomposición del peróxido de hidrógeno libera oxígeno y calor; esto puede ser peligroso, ya que derramar peróxido de hidrógeno en alta concentración sobre una sustancia inflamable puede provocar un incendio inmediato.

    Reacciones redox [ editar ]

    Las propiedades redox del peróxido de hidrógeno dependen del pH.

    En soluciones ácidas, H
    2    O
    2    es un oxidante poderoso, más fuerte que el cloro , el dióxido de cloro y el permanganato de potasio . Cuando se usa para limpiar cristalería de laboratorio, una solución de peróxido de hidrógeno y ácido sulfúrico se conoce como solución de piraña .

    H
    2    O
    2    es una fuente de radicales hidroxilo (· OH), que son altamente reactivos. H
    2    O
    2    se utiliza en las reacciones oscilantes de Briggs-Rauscher [35] [36] y Bray-Liebhafsky [37] [38] .

    Oxidante
    Producto reducido
    Potencial de oxidación
    (V)
    F 2HF3,0
    O 3O 22.1
    H 2 O 2H 2 O1.8
    KMnO 4MnO 21,7
    ClO 2HClO1,5
    Cl 2Cl -1.4

    En soluciones ácidas Fe2+
    se oxida a Fe3+
     (peróxido de hidrógeno que actúa como agente oxidante):

    2 Fe2+
    (aq) + H
    2    O
    2    + 2 H+(aq) → 2 Fe3+
    (aq) + 2 H
    2    O     (l)

    y sulfito ( SO2−
    3    ) se oxida a sulfato ( SO2−
    4    ). Sin embargo, el permanganato de potasio se reduce a Mn2+
    por ácido H
    2    O
    2    . Bajo alcalinas condiciones, sin embargo, algunas de estas reacciones inversas; por ejemplo, Mn2+
    se oxida a Mn4+
    (como MnO2).

    En solución básica, el peróxido de hidrógeno puede reducir una variedad de iones inorgánicos. Cuando actúa como agente reductor, también se produce oxígeno gaseoso. Por ejemplo, el peróxido de hidrógeno reducirá el hipoclorito de sodio y el permanganato de potasio , que es un método conveniente para preparar oxígeno en el laboratorio:

    NaOCl + H
    2    O
    2    → O
    2    + NaCl + H
    2    O
    2 KMnO
    4    + 3 H
    2    O
    2    → 2 MnO
    2    + 2 KOH + 2 H
    2    O     + 3 O
    2

    Reacciones orgánicas [ editar ]

    El peróxido de hidrógeno se usa con frecuencia como agente oxidante . Es ilustrativo la oxidación de tioéteres a sulfóxidos : [39] [40]

    Ph −S − CH
    3    + H
    2    O
    2    → Ph −S (O) −CH
    3    + H
    2    O

    El peróxido de hidrógeno alcalino se utiliza para la epoxidación de alquenos deficientes en electrones, como los derivados del ácido acrílico , [41] y para la oxidación de alquilboranos a alcoholes , el segundo paso de la hidroboración-oxidación . También es el principal reactivo en el proceso de oxidación de Dakin .

    Precursor de otros compuestos de peróxido [ editar ]

    El peróxido de hidrógeno es un ácido débil que forma hidroperóxido o sales de peróxido con muchos metales.

    También convierte los óxidos metálicos en los correspondientes peróxidos. Por ejemplo, tras el tratamiento con peróxido de hidrógeno, ácido crómico ( CrO
    3    y H
    2    ENTONCES
    4    ) forma un peróxido azul CrO ( O
    2    )
    2    .

    Este tipo de reacción se utiliza industrialmente para producir peroxoaniones. Por ejemplo, la reacción con bórax conduce al perborato de sodio , un blanqueador que se usa en los detergentes para ropa:

    N / A
    2    B
    4    O
    7    + 4 H
    2    O
    2    + 2 NaOH → 2 Na
    2    B
    2    O
    4    (OH)
    4    + H
    2    O

    H
    2    O
    2    convierte los ácidos carboxílicos (RCO 2 H) en peroxiácidos (RC (O) O 2 H), que a su vez se utilizan como agentes oxidantes. El peróxido de hidrógeno reacciona con acetona para formar peróxido de acetona y con ozono para formar trioxidano . El peróxido de hidrógeno forma aductos estables con urea ( peróxido de hidrógeno - urea ), carbonato de sodio ( percarbonato de sodio ) y otros compuestos. [42] Un aducto ácido-base con óxido de trifenilfosfina es un "portador" útil para H
    2    O
    2     en algunas reacciones.

    El peróxido de hidrógeno es tanto un agente oxidante como un agente reductor. La oxidación del peróxido de hidrógeno por el hipoclorito de sodio produce oxígeno singlete . La reacción neta de un ion férrico con peróxido de hidrógeno es un ion ferroso y oxígeno. Esto procede a través de la oxidación de un solo electrón y los radicales hidroxilo. Se utiliza en algunas oxidaciones de la química orgánica, por ejemplo, en el reactivo de Fenton . Solo se necesitan cantidades catalíticas de iones de hierro, ya que el peróxido también oxida el ión ferroso a férrico. La reacción neta del peróxido de hidrógeno y el permanganato o el dióxido de manganeso es el ion manganoso; sin embargo, hasta que se agota el peróxido, algunos iones de manganeso se reoxidan para hacer que la reacción sea catalítica. Esto forma la base del monopropelente común. cohetes.

    Función biológica [ editar ]

    Ascaridole

    El peróxido de hidrógeno se forma en humanos y otros animales como un producto de corta duración en procesos bioquímicos y es tóxico para las células . La toxicidad se debe a la oxidación de proteínas , lípidos de membrana y ADN por los iones peróxido. [43] La clase de enzimas biológicas llamadas superóxido dismutasa (SOD) se desarrolla en casi todas las células vivas como un importante agente antioxidante . Promueven la desproporción del superóxido en oxígeno y peróxido de hidrógeno, que luego se descompone rápidamente por la enzima catalasa.al oxígeno y al agua. [44]

    2 O-
    2    + 2 H+
    → O
    2    + H
    2    O
    2
    2 H 2 O 2 → O 2 + 2 H 2 O

    Los peroxisomas son orgánulos que se encuentran en prácticamente todas las células eucariotas . [45] Están involucrados en el catabolismo de ácidos grasos de cadena muy larga , ramificados ácidos grasos de cadena , D -aminoácidos , poliaminas , y biosíntesis de plasmalógenos , éter de fosfolípidos críticos para la función normal del cerebro de los mamíferos y los pulmones. [46] Tras la oxidación, producen peróxido de hidrógeno en el siguiente proceso catalizado por flavina adenina dinucleótido (FAD): [47]

    La catalasa , otra enzima peroxisomal, utiliza este H 2 O 2 para oxidar otros sustratos, incluidos fenoles , ácido fórmico , formaldehído y alcohol , mediante una reacción de peroxidación:

    eliminando así el peróxido de hidrógeno venenoso en el proceso.

    Esta reacción es importante en las células hepáticas y renales, donde los peroxisomas neutralizan diversas sustancias tóxicas que ingresan a la sangre. Parte del etanol que beben los humanos se oxida a acetaldehído de esta manera. [48] Además, cuando el exceso de H 2 O 2 se acumula en la célula, la catalasa lo convierte en H 2 O a través de esta reacción:

    Otro origen del peróxido de hidrógeno es la degradación del monofosfato de adenosina que produce hipoxantina . Luego, la hipoxantina se cataboliza oxidativamente primero a xantina y luego a ácido úrico , y la reacción es catalizada por la enzima xantina oxidasa : [49]

    Hipoxantina

    Xantina oxidasa

    H
    2    O     , O 2
    H 2 O 2

    Xantina

    Xantina oxidasa

    H
    2    O     , O 2
    H 2 O 2

    Ácido úrico

    Degradación de hipoxantina a través de xantina a ácido úrico para formar peróxido de hidrógeno.
    Escarabajo bombardero australiano

    La degradación del monofosfato de guanosina produce xantina como producto intermedio que luego se convierte de la misma manera en ácido úrico con la formación de peróxido de hidrógeno. [49]

    Los huevos de erizo de mar , poco después de la fertilización por un espermatozoide, producen peróxido de hidrógeno. Luego se disocia rápidamente en radicales OH · . Los radicales sirven como iniciadores de la polimerización por radicales , que rodea los huevos con una capa protectora de polímero . [50]

    El escarabajo bombardero tiene un dispositivo que le permite disparar burbujas corrosivas y malolientes a sus enemigos. El escarabajo produce y almacena hidroquinona y peróxido de hidrógeno, en dos depósitos separados en la punta trasera de su abdomen. Cuando se ve amenazado, el escarabajo contrae los músculos que fuerzan a los dos reactivos a través de tubos con válvulas a una cámara de mezcla que contiene agua y una mezcla de enzimas catalíticas. Cuando se combinan, los reactivos experimentan una violenta reacción química exotérmica , elevando la temperatura hasta cerca del punto de ebullición del agua . El líquido hirviente y maloliente se convierte parcialmente en gas ( evaporación instantánea) y se expulsa a través de una válvula de salida con un fuerte estallido. [51] [52] [53]

    El peróxido de hidrógeno es una molécula de señalización de las defensas de las plantas contra los patógenos . [54]

    El peróxido de hidrógeno tiene funciones como molécula de señalización en la regulación de una amplia variedad de procesos biológicos. [55] El compuesto es un factor importante implicado en la teoría de los radicales libres del envejecimiento , basado en la facilidad con la que el peróxido de hidrógeno se puede descomponer en un radical hidroxilo y cómo los subproductos de los radicales superóxido del metabolismo celular pueden reaccionar con el agua ambiental para formar peróxido de hidrógeno. [56] Estos radicales hidroxilo, a su vez, reaccionan fácilmente con los componentes celulares vitales y los dañan, especialmente los de las mitocondrias . [57] [58] [59]Al menos un estudio también ha tratado de vincular la producción de peróxido de hidrógeno con el cáncer. [60] Estos estudios se han citado con frecuencia en reclamaciones de tratamientos fraudulentos. [ cita requerida ]

    La cantidad de peróxido de hidrógeno en los sistemas biológicos se puede analizar usando un ensayo fluorimétrico . [61]

    Usos [ editar ]

    Blanqueamiento [ editar ]

    Aproximadamente el 60% de la producción mundial de peróxido de hidrógeno se utiliza para blanquear la pulpa y el papel . [32] La segunda aplicación industrial importante es la fabricación de percarbonato de sodio y perborato de sodio , que se utilizan como blanqueadores suaves en los detergentes para ropa . El percarbonato de sodio, que es un aducto de carbonato de sodio y peróxido de hidrógeno, es el ingrediente activo en productos de lavandería tales como el detergente para ropa OxiClean y Tide . Cuando se disuelve en agua, libera peróxido de hidrógeno y carbonato de sodio, [19]Por sí mismos, estos agentes blanqueadores solo son efectivos a temperaturas de lavado de 60 ° C (140 ° F) o superiores y, por lo tanto, a menudo se usan junto con activadores del blanqueador , que facilitan la limpieza a temperaturas más bajas.

    Producción de compuestos orgánicos [ editar ]

    Se utiliza en la producción de varios peróxidos orgánicos, siendo el peróxido de dibenzoílo un ejemplo de alto volumen. Se utiliza en polimerizaciones , como blanqueador de harinas y como tratamiento para el acné. Los peroxiácidos , como el ácido peracético y el ácido metacloroperoxibenzoico, también se producen utilizando peróxido de hidrógeno. El peróxido de hidrógeno se ha utilizado para crear explosivos a base de peróxido orgánico , como el peróxido de acetona .

    Desinfectante [ editar ]

    Piel poco después de la exposición al 35% de H
    2    O
    2
    Lentes de contacto en remojo en una solución a base de peróxido de hidrógeno al 3%. El estuche incluye un disco catalítico que neutraliza el peróxido de hidrógeno con el tiempo.

    El peróxido de hidrógeno se utiliza en ciertos procesos de tratamiento de aguas residuales para eliminar impurezas orgánicas. En el proceso de oxidación avanzado , la reacción de Fenton [62] [63] da el radical hidroxilo altamente reactivo (· OH). Esto degrada los compuestos orgánicos, incluidos los que normalmente son robustos, como los compuestos aromáticos o halogenados . [64] También puede oxidar compuestos a base de azufre presentes en los desechos; lo cual es beneficioso ya que generalmente reduce su olor. [sesenta y cinco]

    El peróxido de hidrógeno se puede utilizar para la esterilización de diversas superficies, [66] incluidas las herramientas quirúrgicas, [67] y se puede utilizar como vapor ( VHP ) para la esterilización de la habitación. [68] El H 2 O 2 demuestra una eficacia de amplio espectro contra virus, bacterias, levaduras y esporas bacterianas. [69] [70] En general, se observa una mayor actividad contra las bacterias Gram positivas que contra las Gram negativas ; sin embargo, la presencia de catalasa u otras peroxidasas en estos organismos puede aumentar la tolerancia en presencia de concentraciones más bajas. [71]Los niveles más bajos de concentración (3%) funcionarán contra la mayoría de las esporas; concentraciones más altas (7 a 30%) y tiempos de contacto más prolongados mejorarán la actividad esporicida. [70] [72]

    El peróxido de hidrógeno es visto como una alternativa ambientalmente seguro de cloro basados en agentes de blanqueo, ya que se degrada para formar oxígeno y agua, y se reconoce generalmente como seguro como un agente antimicrobiano por los EE.UU. Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA). [73]

    El peróxido de hidrógeno se puede usar para tratar el acné , [74] aunque el peróxido de benzoilo es un tratamiento más común.

    Usos de nicho [ editar ]

    Quimioluminiscencia de Cyalume , tal como se encuentra en un palo de luz

    El peróxido de hidrógeno tiene varios usos domésticos, principalmente como agente de limpieza y desinfección.

    Decoloración del cabello

    H diluido
    2    O
    2    (entre 1,9% y 12%) mezclado con amoniaco acuoso se ha utilizado para decolorar el cabello humano . La propiedad blanqueadora del químico le da su nombre a la frase " rubio peróxido ". [75] El peróxido de hidrógeno también se usa para blanquear los dientes . Se puede encontrar en la mayoría de las pastas dentales blanqueadoras. El peróxido de hidrógeno ha mostrado resultados positivos relacionados con la luminosidad de los dientes y los parámetros de tono cromático. [ cita requerida ] Funciona oxidando los pigmentos de colores sobre el esmalte donde el tono del diente puede volverse más claro. [ se necesita más explicación ]El peróxido de hidrógeno se puede mezclar con bicarbonato de sodio y sal para hacer una pasta de dientes casera. [76]

    Eliminación de manchas de sangre.

    El peróxido de hidrógeno reacciona con la sangre como un agente blanqueador, por lo que si una mancha de sangre es reciente o no demasiado vieja, la aplicación abundante de peróxido de hidrógeno, si es necesario en más de una sola aplicación, blanqueará la mancha por completo. Después de unos dos minutos de la aplicación, la sangre debe borrarse firmemente. [77] [78]

    Propulsor
    Más información: peróxido de prueba alta
    Sistema de propulsión de peróxido de hidrógeno con cinturón de cohetes utilizado en un jet pack

    H de alta concentración
    2    O
    2    se conoce como "peróxido de alta prueba" (HTP). Se puede utilizar como monopropelente (no mezclado con combustible) o como componente oxidante de un cohete bipropelente . El uso como monopropelente aprovecha la descomposición de la concentración de peróxido de hidrógeno al 70-98% en vapor y oxígeno. El propulsor se bombea a una cámara de reacción, donde un catalizador, generalmente una pantalla de plata o platino, desencadena la descomposición, produciendo vapor a más de 600 ° C (1,112 ° F), que se expulsa a través de una boquilla , generando empuje . H
    2    O
    2    El monopropelente produce un impulso específico máximo ( I sp ) de 161 s (1,6 kN · s / kg). El peróxido fue el primer monopropelente importante adoptado para su uso en aplicaciones de cohetes. La hidracina eventualmente reemplazó las aplicaciones de propulsores monopropulsores de peróxido de hidrógeno principalmente debido a un aumento del 25% en el impulso específico de vacío. [79] La hidracina (tóxica) y el peróxido de hidrógeno (menos tóxico [ACGIH TLV 0.01 y 1 ppm respectivamente]) son los únicos dos monopropulsores (distintos de los gases fríos) que han sido ampliamente adoptados y utilizados para aplicaciones de propulsión y energía. [ cita requerida ] The Bell Rocket Belt ,Los sistemas de control de reacción para X-1 , X-15 , Centaur , Mercury , Little Joe , así como los generadores de gas turbobomba para X-1, X-15, Jupiter, Redstone y Viking usaban peróxido de hidrógeno como monopropulsor. [80]

    Como bipropelente, H
    2    O
    2    se descompone para quemar un combustible como oxidante. Se pueden lograr impulsos específicos de hasta 350 s (3,5 kN · s / kg), dependiendo del combustible. El peróxido usado como oxidante da una I sp algo más baja que el oxígeno líquido, pero es denso, almacenable, no criogénico y puede usarse más fácilmente para impulsar turbinas de gas para dar altas presiones usando un ciclo cerrado eficiente . También se puede utilizar para el enfriamiento regenerativo de motores de cohetes. El peróxido se utilizó con mucho éxito como oxidante en los motores de cohetes alemanes de la Segunda Guerra Mundial (por ejemplo, T-Stoff , que contiene estabilizador de oxiquinolina, tanto para el sistema de refuerzo monopropelente de vaina externa Walter HWK 109-500 Starthilfe RATO como para el Walter HWK 109-509serie de motores de cohete utilizada para el Me 163 B), que se utiliza con mayor frecuencia con C-Stoff en una combinación hipergólica de encendido automático , y para los lanzadores británicos Black Knight y Black Arrow de bajo costo .

    En las décadas de 1940 y 1950, la turbina Hellmuth Walter KG -concebida- utilizaba peróxido de hidrógeno para su uso en submarinos mientras estaba sumergida; se encontró que era demasiado ruidoso y requería demasiado mantenimiento en comparación con los sistemas de energía diesel-eléctricos . Algunos torpedos usaban peróxido de hidrógeno como oxidante o propulsor. El error del operador en el uso de torpedos de peróxido de hidrógeno se mencionó como posibles causas del hundimiento del HMS Sidon y el submarino ruso Kursk . [81] SAAB Underwater Systems está fabricando el Torpedo 2000. Este torpedo, utilizado por la Armada sueca, está propulsado por un motor de pistón propulsado por HTP como oxidante y queroseno como combustible en un sistema bipropelente. [82] [83]

    Luces químicas

    Reacciona peróxido de hidrógeno con ciertos di- ésteres , tales como éster fenil oxalato (Cyalume), para producir quimioluminiscencia ; esta aplicación se encuentra más comúnmente en forma de barras luminosas .

    Horticultura

    Algunos horticultores y usuarios de hidroponía abogan por el uso de una solución de peróxido de hidrógeno débil en las soluciones de riego. Su descomposición espontánea libera oxígeno que mejora el desarrollo de la raíz de la planta y ayuda a tratar la pudrición de la raíz (muerte celular de la raíz debido a la falta de oxígeno) y una variedad de otras plagas. [84] [85]

    Pescado

    El peróxido de hidrógeno se utiliza en la acuicultura para controlar la mortalidad causada por varios microbios. En 2019, la FDA de EE. UU. Lo aprobó para el control de la saprolegniasis en todos los peces de agua fría y alevines y adultos de agua fría y caliente, para el control de la enfermedad columnaris externa en peces de aguas cálidas y para el control de Gyrodactylus spp. en salmónidos criados en agua dulce. [86] Las pruebas de laboratorio realizadas por piscicultores han demostrado que el peróxido de hidrógeno doméstico común se puede utilizar de forma segura para proporcionar oxígeno a los peces pequeños. El peróxido de hidrógeno libera oxígeno por descomposición cuando se expone a catalizadores como el dióxido de manganeso .

    Seguridad [ editar ]

    Las regulaciones varían, pero las concentraciones bajas, como el 5%, están ampliamente disponibles y son legales para comprar para uso médico. La mayoría de las soluciones de peróxido de venta libre no son adecuadas para la ingestión. Las concentraciones más altas pueden considerarse peligrosas y, por lo general, van acompañadas de una hoja de datos de seguridad (SDS). En altas concentraciones, el peróxido de hidrógeno es un oxidante agresivo y corroe muchos materiales, incluida la piel humana. En presencia de un agente reductor , altas concentraciones de H
    2    O
    2    reaccionará violentamente. [87]

    Las corrientes de peróxido de hidrógeno de alta concentración, generalmente por encima del 40%, deben considerarse peligrosas debido a que el peróxido de hidrógeno concentrado cumple con la definición de oxidante DOT de acuerdo con las regulaciones de EE. UU., Si se libera al medio ambiente. La Cantidad Reportable de la EPA (RQ) para los desechos peligrosos D001 es de 100 libras (45 kg), o aproximadamente 10 galones estadounidenses (38 L), de peróxido de hidrógeno concentrado.

    El peróxido de hidrógeno debe almacenarse en un área fresca, seca y bien ventilada y lejos de cualquier sustancia inflamable o combustible. Debe almacenarse en un recipiente compuesto de materiales no reactivos, como acero inoxidable o vidrio (también pueden ser adecuados otros materiales, incluidos algunos plásticos y aleaciones de aluminio). [88] Debido a que se descompone rápidamente cuando se expone a la luz, debe almacenarse en un recipiente opaco, y las formulaciones farmacéuticas generalmente vienen en botellas marrones que bloquean la luz. [89]

    El peróxido de hidrógeno, ya sea en forma pura o diluida, puede presentar varios riesgos, el principal es que forma mezclas explosivas al entrar en contacto con compuestos orgánicos. [90] La destilación de peróxido de hidrógeno a presiones normales es muy peligrosa. También es corrosivo, especialmente cuando está concentrado, pero incluso las soluciones domésticas pueden causar irritación en los ojos, las membranas mucosas y la piel. [91] La ingestión de soluciones de peróxido de hidrógeno es particularmente peligrosa, ya que la descomposición en el estómago libera grandes cantidades de gas (diez veces el volumen de una solución al 3%), lo que provoca hinchazón interna. Inhalar más del 10% puede causar irritación pulmonar severa. [92]

    Con una presión de vapor significativa (1,2 kPa a 50 ° C [93] ), el vapor de peróxido de hidrógeno es potencialmente peligroso. Según el NIOSH de EE. UU., El límite de peligro inmediato para la vida y la salud (IDLH) es de solo 75 ppm. [94] La Administración de Salud y Seguridad Ocupacional de los Estados Unidos (OSHA) ha establecido un límite de exposición permisible de 1.0 ppm calculado como un promedio ponderado en el tiempo de 8 horas (29 CFR 1910.1000, Tabla Z-1). [90] El peróxido de hidrógeno también ha sido clasificado por la Conferencia Estadounidense de Higienistas Industriales Gubernamentales (ACGIH) como un "carcinógeno animal conocido, con relevancia desconocida en humanos". [95]Para los lugares de trabajo donde existe el riesgo de exposición a concentraciones peligrosas de los vapores, se deben utilizar monitores continuos de peróxido de hidrógeno. La información sobre los peligros del peróxido de hidrógeno está disponible en OSHA [90] y en la ATSDR. [96]

    Efectos adversos sobre las heridas [ editar ]

    Históricamente, el peróxido de hidrógeno se utilizó para desinfectar heridas, en parte debido a su bajo costo y rápida disponibilidad en comparación con otros antisépticos . Ahora se cree que inhibe la cicatrización e induce la formación de cicatrices porque destruye las células cutáneas recién formadas . [97] [ dudoso - discutir ] Un estudio encontró que solo concentraciones muy bajas (solución al 0.03%, esto es una dilución de peróxido al 3% típico por 100 veces) pueden inducir la curación, y solo si no se aplican repetidamente. Se encontró que una solución al 0,5% impedía la curación. [98] El uso quirúrgico puede provocar la formación de una embolia gaseosa . [99] [100]A pesar de esto, todavía se usa para el tratamiento de heridas en muchos países y, en los Estados Unidos, prevalece como un importante antiséptico de primeros auxilios. [101] [102]

    La exposición dérmica a soluciones diluidas de peróxido de hidrógeno provoca el blanqueamiento o decoloración de la piel debido al microembolismo causado por burbujas de oxígeno en los capilares. [103]

    Uso en medicina alternativa [ editar ]

    Los practicantes de la medicina alternativa han abogado por el uso de peróxido de hidrógeno para diversas afecciones, que incluyen enfisema , influenza , SIDA y, en particular, cáncer . [104] No hay evidencia de efectividad y en algunos casos ha resultado fatal. [105] [106] [107] [108] [109]

    La práctica exige el consumo diario de peróxido de hidrógeno, ya sea por vía oral o por inyección, y se basa en dos preceptos. Primero, que el cuerpo produce peróxido de hidrógeno de forma natural para combatir las infecciones; y segundo, que los patógenos humanos (incluido el cáncer: véase la hipótesis de Warburg ) son anaeróbicos y no pueden sobrevivir en entornos ricos en oxígeno. Por lo tanto, se cree que la ingestión o inyección de peróxido de hidrógeno mata la enfermedad al imitar la respuesta inmune además de aumentar los niveles de oxígeno dentro del cuerpo. Esto hace que la práctica sea similar a otras terapias basadas en oxígeno, como la ozonoterapia y la oxigenoterapia hiperbárica .

    Tanto la eficacia como la seguridad de la terapia con peróxido de hidrógeno son científicamente cuestionables. El peróxido de hidrógeno es producido por el sistema inmunológico, pero de una manera cuidadosamente controlada. Las células llamadas fagocitos engullen a los patógenos y luego usan peróxido de hidrógeno para destruirlos. El peróxido es tóxico tanto para la célula como para el patógeno, por lo que se mantiene dentro de un compartimento especial, llamado fagosoma . El peróxido de hidrógeno libre dañará cualquier tejido que encuentre a través del estrés oxidativo , un proceso que también se ha propuesto como causa de cáncer. [110]Las afirmaciones de que la terapia con peróxido de hidrógeno aumenta los niveles celulares de oxígeno no han sido respaldadas. Se esperaría que las cantidades administradas proporcionen muy poco oxígeno adicional en comparación con el disponible en la respiración normal. También es difícil elevar el nivel de oxígeno alrededor de las células cancerosas dentro de un tumor, ya que el suministro de sangre tiende a ser deficiente, situación conocida como hipoxia tumoral .

    Grandes dosis orales de peróxido de hidrógeno a una concentración del 3% pueden causar irritación y ampollas en la boca, garganta y abdomen, así como dolor abdominal, vómitos y diarrea. [105] La inyección intravenosa de peróxido de hidrógeno se ha relacionado con varias muertes. [107] [108] [109] La Sociedad Estadounidense del Cáncer afirma que "no hay evidencia científica de que el peróxido de hidrógeno sea un tratamiento del cáncer seguro, eficaz o útil". [106] Además, la terapia no está aprobada por la FDA de EE. UU.

    Incidentes históricos [ editar ]

    • El 16 de julio de 1934, en Kummersdorf , Alemania, un tanque de propulsor que contenía una mezcla de monopropulsor experimental que consistía en peróxido de hidrógeno y etanol explotó durante una prueba, matando a tres personas. [111]
    • Durante la Segunda Guerra Mundial , los médicos de los campos de concentración alemanes experimentaron con el uso de inyecciones de peróxido de hidrógeno en la matanza de seres humanos. [112]
    • En abril de 1992, se produjo una explosión en la planta de peróxido de hidrógeno en Jarrie en Francia, debido a una falla técnica del sistema de control computarizado que resultó en una muerte y una gran destrucción de la planta. [113]
    • Varias personas sufrieron heridas leves tras un derrame de peróxido de hidrógeno a bordo de un vuelo entre las ciudades estadounidenses de Orlando y Memphis el 28 de octubre de 1998 [114].
    • El submarino ruso K-141 Kursk zarpó para realizar un ejercicio de disparo de torpedos simulados al Pyotr Velikiy , un crucero de batalla de la clase Kirov . El 12 de agosto de 2000, a las 11:28 hora local (07:28 UTC), hubo una explosión mientras se preparaba para disparar los torpedos. El único informe creíble hasta la fecha es que esto se debió a la falla y explosión de uno de los torpedos propulsados ​​por peróxido de hidrógeno del Kursk. Se cree que HTP, una forma de peróxido de hidrógeno altamente concentrado utilizado como propulsor para el torpedo, se filtró a través de su contenedor, dañado por el óxido o en el procedimiento de carga en tierra, donde no se informó un incidente que involucró a uno de los torpedos que accidentalmente tocó el suelo. El barco se perdió con todas las manos. Un incidente similar fue responsable de la pérdida del HMS Sidon en 1955. [ cita requerida ]
    • El 15 de agosto de 2010, se produjo un derrame de aproximadamente 110 L (30 galones estadounidenses) de líquido limpiador en el piso 54 de 1515 Broadway, en Times Square, Nueva York. El derrame, que un portavoz del departamento de bomberos de la ciudad de Nueva York dijo que era de peróxido de hidrógeno, cerró Broadway entre las calles West 42nd y West 48th cuando los camiones de bomberos respondieron a la situación de materiales peligrosos . No se reportaron heridos. [115]

    Ver también [ editar ]

    • Reactivo FOX , utilizado para medir niveles de peróxido de hidrógeno en sistemas biológicos.
    • Calcogenuro de hidrógeno
    • Retr0bright , un proceso que utiliza peróxido de hidrógeno para restaurar elementos amarillentos como carcasas de plástico para computadoras y consolas de juegos .

    Referencias [ editar ]

    Notas

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    Bibliografía

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    Enlaces externos [ editar ]

    • Peróxido de hidrógeno en la tabla periódica de videos (Universidad de Nottingham)
    • Ficha de datos de seguridad de materiales
    • Preguntas frecuentes de la Agencia de Sustancias Tóxicas y Registro de Enfermedades de la ATSDR
    • Tarjeta internacional de seguridad química 0164
    • Guía de bolsillo de NIOSH sobre peligros químicos
    • Diagrama de flujo del proceso de producción de peróxido de hidrógeno por autooxidación de antrahidroquinona
    • Manual de peróxido de hidrógeno de Rocketdyne
    • Estudio espectroscópico de infrarrojos J. Phys. Chem.