Перекись водорода: свойства и применение¶

Перекись водорода (пероксид водорода, химическая формула H₂O₂) — неорганическое соединение водорода и кислорода, относящееся к классу пероксидов. В чистом виде представляет собой бесцветную сиропообразную жидкость с плотностью около 1,45 г/см³, затвердевающую при −0,43 °C и кипящую при 150,2 °C. В быту и медицине под этим названием чаще всего подразумевается водный раствор с массовой долей 3 % (так называемый «трёхпроцентный раствор»), тогда как в промышленности применяются значительно более концентрированные растворы. Соединение является сильным окислителем и при контакте с органическими веществами разлагается с выделением кислорода.

¶История открытия

Пероксид водорода был впервые получен в 1818 году французским химиком Луи Жаком Тенаром, который обнаружил его при взаимодействии пероксида бария с серной кислотой. Тенар установил состав соединения и предложил первоначальное название «окисленная вода», из которого впоследствии возникло современное наименование. Промышленное производство началось в конце XIX века, а в XX веке соединение стало массовым химическим продуктом.

¶Физические и химические свойства

Чистый пероксид водорода — полярная жидкость, смешивающаяся с водой, спиртами и эфирами в любых соотношениях. Он обладает слабокислыми свойствами и способен образовывать соли — пероксиды металлов.

Ключевая химическая особенность — склонность к разложению:

2H₂O₂ → 2H₂O + O₂

Реакция ускоряется при нагревании, под действием света, щелочей, солей металлов переменной валентности (железа, меди, марганца) и фермента каталазы, присутствующего в живых тканях. Именно поэтому аптечный раствор хранят в тёмной таре и в прохладном месте. Концентрированные растворы при попадании на кожу вызывают химический ожог — «побеление» тканей из-за образования пузырьков кислорода.

Как окислитель пероксид водорода реагирует с большинством металлов, а как восстановитель — с сильными окислителями, например с перманганатом калия.

¶Классификация растворов

Растворы с концентрацией выше 60 % считаются взрывоопасными и требуют особых условий хранения и транспортировки.

¶Получение

В ранний период пероксид получали из пероксида бария. Современный основной метод — антрахиноновый процесс (так называемый автоокислительный способ), разработанный в середине XX века. Антрахинон восстанавливают до антрагидрохинона, который затем окисляют кислородом воздуха, получая пероксид водорода и возвращая исходное соединение в цикл. Метод позволяет получать концентрированные растворы без больших энергозатрат. Существуют также электрохимические и прямые методы синтеза из водорода и кислорода.

¶Применение

¶Медицина и быт

Трёхпроцентный раствор используется как антисептик для обработки ран и слизистых оболочек. При контакте с повреждённой тканью выделяющийся кислород механически очищает рану и подавляет анаэробную микрофлору. Раствор применяют также для полоскания горла и дезинфекции. Важно учитывать, что он не sterilizует глубокие раны и может замедлять заживление при частом использовании.

¶Промышленность

В целлюлозно-бумажной отрасли пероксид применяют для отбеливания бумаги без использования хлора. В текстильной промышленности — для отбеливания тканей. В химическом синтезе он служит окислителем и исходным веществом для получения эпоксидов, органических пероксидов и других соединений.

¶Экология

Пероксид водорода используют для очистки сточных вод и обеззараживания, поскольку продукт его разложения — вода и кислород — не загрязняет окружающую среду. Это делает его «зелёным» реагентом.

¶Энергетика

Высококонцентрированные растворы рассматривались как компонент ракетного топлива и как рабочее тело для парогазовых установок. В настоящее время применяются ограниченно, преимущественно в экспериментальных и специальных системах.

¶Биологическая роль

Пероксид водорода постоянно образуется в живых клетках как побочный продукт окислительных процессов. Он относится к активным формам кислорода и может повреждать клеточные структуры. Для защиты от него организмы вырабатывают ферменты — каталазу и пероксидазу, разлагающие H₂O₂ до воды и кислорода. В иммунной системе пероксид используется фагоцитами для уничтожения патогенов.

¶Меры безопасности

Концентрированные растворы требуют защиты кожи, глаз и дыхательных путей. Их нельзя смешивать с органическими горючими веществами и некоторыми металлами — возможна бурная реакция с воспламенением. Хранят пероксид в вентилируемых помещениях, в таре из инертных материалов, вдали от источников тепла и света.

¶Интересные факты

• Реакция разложения под действием каталазы в картофеле или сырой печени — классический школьный опыт «дымящаяся жидкость».
• Пероксид водорода обнаружен в межзвёздном пространстве и в атмосферах некоторых планет.
• В концентрации около 90 % вещество способно самопроизвольно детонировать при загрязнении.