پر اکسید هیدروژن یا با فرمول شیمیایی H۲O۲ ماده‌ای ویسکوز، به رنگ آبی بسیار کمرنگ است که در غلظت کم، بی‌رنگ به نظر می‌رسد. به علت خاصیت اکسیدکنندگی بالا، سفیدکننده‌ای بسیار قوی محسوب شده و به عنوان ضد عفونی‌کننده نیز از آن در محیط‌هایی مثل استخرها یا بیمارستان‌ها (با غلظت کم) مورد استفاده قرار می‌گیرد. جالب است بدانید که از در صنعت موشک‌سازی ( با غلظت بالا به عنوان یک اکسیدکننده تنها در سوخت موشک) استفاده می‌شود. پر اکسید هیدروژن نسبتا ناپایدار است و در محیط با گذشت زمان به آب و اکسیژن تجزیه خواهد شد، مگر این که عاملی آلی مانند به آن اضافه شود.
در حقیقت اسید ضعیفی است که خاصیت اکسیدکنندگی بسیار خوبی از خود نشان می‌دهد، به طوری که در فرم کاربامید پر اکساید برای سفید کردن دندان مورد استفاده قرار می‌گیرد. این مایع طعمی تند و گزنده داشته و مقدار کمی از آن به طور طبیعی در هوا و بدن انسان وجود دارد. باید توجه داشت که آب اکسیژنه خالص در حضور نور نیز به آب و اکسیژن تجزیه خواهد شد و بهتر است که در ظرفی تیره نگهداری شود.
شیمی بازار که بورسی برای خرید و فروش مواد شیمیایی است، قصد دارد تا با معرفی مختصر اما کامل آب اکسیژنه، اطلاعات لازم و کافی برای خرید آب اکسیژنه را در اختیار مصرف کننده قرار داده و ارتباطی موثر و آگاهانه را بین طرفین برقرار کند. لذا برای رسیدن به این هدف ابتدا به تاریخچه
پرداخته و سپس خواص و نحوه تولید آن را مورد بررسی قرار داده و در نهایت کاربردهای این ماده شیمیایی را به طور خلاصه بیان خواهیم کرد.
تاریخچه‌ی آب اکسیژنه
هر چند آب اکسیژنه قبل از به وجود آمدن دایناسورها و بعد از تشکیل شدن اولین قطره‌های آب در هوایی که تمام موجودات زنده شروع به تنفس از آن کردند وجود داشته، در سال ۱۷۹۹ الکساندر فون هومبولت پدر جغرافیای نوین، پر اکسید باریم را در تلاشش برای تجزیه هوا سنتز کرد، اما تا سال ۱۸۱۸ میلادی هیچکس موفق به کشف آب اکسیژنه نشد. لوئیس ژاکوس تنارد دانشمند و شیمیست فرانسوی آن را شناسایی و برای اولین بار ایزوله کرد.
جالب است بدانید که او به طور تصادفی هنگامی که در حال سوزاندن نمک‌های
برای به دست آوردن هیدروکسید باریم بود به این مهم دست یافت، و وقتی متوجه آن شد که پر اکسید باریم را برای حل شدن در آب قرار داده و رنگ آب شروع به تغییر جزئی کرد. تنارد پس از این کشف سال‌ها روی بهبود این روش برای تولید آب اکسیژنه کار کرد و روش او برای تولید این ماده شیمیایی تا اواسط قرن بیستم مورد استفاده قرار می‌گرفت.
تا اواخر قرن نوزدهم باور عمومی بر این بود که مولکول ناپایدار آب اکسیژنه هر تلاشی را برای جداسازی آن از آب دچار شکست خواهد کرد، تا اینکه در سال ۱۸۹۴ شیمیست آلمانی ریچارد ولفن‌اشتین با فرآیند تقطیر در خلاء موفق به جدایش آب اکسیژنه ۱۰۰ درصد شد.
همچنین جالب است بدانید که در مارس ۱۸۸۸ ژورنال انجمن پزشکی آمریکا (American Medical Association) به رفرنسی در مورد اثبات وجود در باران (سال ۱۸۶۳) اشاره کرده است و وجود آن را، راه زمین برای استرلیزه کردن خودش دانسته است. تاریخ کاربرد استفاده از هیدروژن پر اکساید به عنوان استرلیزه کننده (گند زدا، ضد عفونی کننده) در صنعت نیز بسیار طولانی است. به ویژه در صنعت داروسازی در استرلیزه کردن پتری دیش (ظرفی کم‌عمق و در دار، که از جنس پلاستیک و یا شیشه است) و مکانیک پرواز به عنوان استرلیزه کننده ماهواره‌ها به کار رفته است.
اولین کارخانه تولید پراکسید هیدروژن در سال ۱۸۷۳ در برلین ساخته شد، اما راهیابی واقعی آن به صنعت تا سال ۱۹۰۸ به تعویق افتاد و بالاخره با سنتز آب اکسیژنه توسط الکترولیز این راه هموار شد (برای آشنایی بیشتر با اسید سولفوریک می توانید به مقاله ی
مراجعه کنید). چند سال بعد استفاده از پر اکسید هیدروژن خالص به عنوان سوخت راکت توسعه یافت و علی‌رغم حوادث به وجود آمده، آب اکسیژنه همچنان به عنوان سوخت راکت مورد استفاده قرار گرفت.
در سال ۱۹۳۴ سه نفر در کومرزدورف آلمان، بر اثر انفجار راکت هیدروژن پر اکسید کشته شدند و با این وجود آلمان همچنان در راکت‌های V۲ تا آخر جنگ جهانی دوم از آب اکسیژنه استفاده کرد. علت غرق زیردریایی روسیه -کورسک- در آگوست سال ۲۰۰۰ میلادی و در مانوری تمرینی نشت آب اکسیژنه از یکی از مخازن سوخت آن بود که باعث انفجاری مرگ بار در آن شد.
یکی دیگر از نکات جالب اما سیاه درباره آب اکسیژنه استفاده از آن در حمله‌‌های انتحاری با بمب، جولای ۲۰۰۵ در لندن است که منجر به ایجاد وحشت عمومی و ممنوعیت به همراه داشتن مایعات در تمامی پروازها شد. اما علی‌رغم تمام این نقاط تاریک استفاده از آب اکسیژنه در درمان و نجات زندگی انسان‌ها به طور مستقیم و غیرمستقیم اثباتی بر مفید بودن آن بیش از مشکلات ناشی از آن است.
خواص آب اکسیژنه
چنان که در مقدمه نیز ذکر شد، آب اکسیژنه با فرمول شیمیایی H۲O۲ مایعی با رنگ آبی کمرنگ و ناپایدار، با طعمی کمی تند و اسیدی است که در ۱۵۰,۲ درجه سانتی‌گراد جوشیده و در منفی ۱۱ درجه سانتی‌گراد ذوب خواهد شد. این مایع ویسکوزیته‌ای برابر با ۱.۲۴۵ سنتی‌پوآز در ۲۰ درجه سانتی‌گراد داشته و دانسیته آب اکسیژنه خالص ۱.۴۵ گرم بر سانتی‌متر مکعب است. این ترکیب شیمیایی با وزن مولکولی ۳۴.۰۱۴۷ گرم بر سانتی‌متر مکعب دارای ۲ اتم سنگین و شکل فضایی مولکولش خمیده می‌باشد. آب اکسیژنه در آب، اتر و الکل به خوبی حل خواهد شد و جالب است بدانید که هرگز در هیچ دمایی دچار احتراق خود به خودی نخواهد شد.
شکل بالا مولکول آب اکسیژنه را در حالت گاز نشان می‌دهد در حالت جامد (کریستال) زاویه خمیدگی خارجی بیشتر شده و به مقدار ۹۰,۲ درجه خواهد رسید و طول پیوند دو اتم اکسیژن کمی کاهش یافته اما طول پیوند بین اتم اکسیژن و هیدروژن چند پیکو متر افزایش می‌یابد(۱۴۵.۸ و ۹۸.۸ pm). همچنین زاویه بین اتم های اکسیژن و هیدروژن بیشتر شده و به ۱۰۱.۹ درجه خواهد رسید. فشار بخار پر اکسید هیدروژن در ۳۰ در درجه سانتی‌گراد ۵ میلی‌متر جیوه است و این بخار بویی نسبتا تند را ایجاد می‌کند. در سال ۱۹۵۰ شکل مولکول آب اکسیژنه با استفاده از اسپکتروسکوپی مادون قرمز نشان داده شد، کریستال‌های پر اکسید هیدروژن تتراگونال بوده و در گروه فضاییD۴۴ جای می‌گیرد.
مولکول‌های پر اکسید هیدروژن در کنار مولکول‌های آب مخلوطی اوتکتیک را ایجاد می‌کند، در این حالت مخلوط آب و آب اکسیژنه در ۰,۴۳- سانتی‌گراد منجمد خواهد شد. دمای جوش این مخلوط از دمای جوش آب بیشتر و از دمای جوش آب اکسیژنه کمتر و برابر ۱۱۴ درجه سانتی‌گراد خواهد بود. دانسیته این مخلوط نیز با توجه به مقدار آب اکسیژنه در آب به طبع متفاوت خواهد بود و با افزایش مقدار آب اکسیژنه افزایش خواهد یافت. آب اکسیژنه ۳ درصد که در داروخانه‌ها فروخته می‌شود دانسیتهای بسیار نزدیک به آب در ۱۵ درجه سانتی‌گراد داشته و برابر ۱.۰۰۹۵ گرم بر سانتی‌متر مکعب است. به جز آب اکسیژنه رقیق که بعدا در همین یادداشت کاربرد آن شرح داده خواهد شد، آب اکسیژنه ۲۷ تا ۱۰۰ درصد عمدتا کاربردی صنعتی داشته که به توضیح کاربرد آن در ادامه پس از شرح نحوه تولید آب اکسیژنه خواهیم پرداخت.
نحوه‌ی تهیه آب اکسیژنه
امروزه تولید آب اکسیژنه از اکسیداسیون خود به خودی ۲- اتیل-۹،۱۰-دی هیدروکسی آنتراسن به ۲-اتیل آنتراکینون و هیدروژن پر اکسید با استفاده از اکسیژن موجود در هوا صورت می‌پذیرد. آب اکسیژنه جدا و ماده اکسید شده دوباره احیا (در حضور گاز هیدروژن و کاتالیزور فلزی) و به فرآیند باز خواهد گشت. با توجه به گران بودن
، اقتصادی بودن این فرآیند به بازیافت موثر کینون و استحصال حلالی بستگی دارد.
پیش از این روش فرآیندهای غیر آلی مثل الکترولیز محلول یا آمونیوم بی سولفات اسیدی برای تهیه آب اکسیژنه مورد استفاده قرار داشت اما در سال ۱۹۳۹ این روش به علل اقتصادی جایگزین روش‌های قبلی در صنعت شد(برای آشنایی بیشتر با اسید سولفوریک می توانید به مقاله ی مراجعه کنید). این روش فرآیند آنتراکینون نامیده می‌شود، و در حضور کاتالیزو مجددا کاهش ماده انجام خواهد گرفت. البته در فرآیند صنعتی به علت سرعت بخشی به تولید
هوای فشرده در محلول دمیده می‌شود.
این فرآیند هر چند پیچیده به نظر می‌رسد، اما بسیار ساده است و تنها با رابطه زیر به طور خلاصه نوشته می‌شود:
H۲ + O۲ → H۲O۲
کاربردهای آب اکسیژنه
حدود بیش از ۵۰ درصد آب اکسیژنه تولید شده به عنوان سفید کننده در پالپ کاغذ (پالپ چوب برای تولید کاغذ) استفاده می‌شود. از نظر کاربرد پس از پالپ کاغذ، بیشترین استفاده از آب اکسیژنه در مقایس صنعتی به تولید پرکربنات و سدیم پربورات اختصاص دارد که در لباسشویی به عنوان شوینده مصنوعی و سفید کننده کاربرد دارند.
از آب اکسیژنه برای تولید بسیاری از ترکیبات آلی مثل پر اکسیدهای ارگانیک استفاده می‌شود که مثال اصلی آن دی بنزوئیل پر اکساید است که خود به عنوان سفیدکننده کف و به عنوان درمانی برای آکنه مورد استفاده قرار می‌گیرد. در مواد آرایشی نیز ۱,۹ تا ۱۲ درصد آب اکسیژنه ( به صورت رقیق شده) با هیدورکسید آمونیوم مخلوط شده تا به عنوان دکلره برای موی انسان مورد استفاده قرار گیرد. همچنین استفاده از آب اکسیژنه رقیق (حدود ۵ درصد) در سفید کردن دندان‌ها نیز رایج است. در بسیاری از خمیر دندان‌های سفید کننده، آب اکسیژنه حضوری موثر دارد و نتایج کاملا مثبتی برای بالابردن روشنایی دندان‌ها و از بین بردن جرم نشان داده است.
جالب است بدانید که قسمتی از خرید آب اکسیژنه صرف استفاده در جایگزین‌های دارویی برای بیماری‌هایی مثل آنفولانزا، ایدز و حتی سرطان می‌شود. در دهه ۹۰ ثابت شده است که تومور سرطانی بر اثر کمبود اکسیژن در نقاط مختلف بدن ایجاد می‌شود و با استفاده آب اکسیژنه می‌توان اکسیژن لازم را به بدن رسانده و از تشکیل تومورهای سرطانی جلوگیری کرد، از طرفی متابولیسم بدن نیز با تزریق آب اکسیژنه چند برابر افزایش خواهد یافت، اما باید توجه داشته که استفاده از آب اکسیژنه در بعضی موارد ممکن است حتی مرگبار باشد و استفاده سر خود آن و بدون دستور پزشک خطرناک است.
HTP یا پراکسید هیدروژن با غلظت ۱۰۰ درصد همانطور که پیش از این اشاره شد به عنوان عامل محرکه در سوخت موشک و یا اکسید کننده سوخت به کار می‌رود. به عنوان محرکه ۷۰ تا ۹۸ درصد هیدروژن پر اکسید به بخار و اکسیژن تبدیل خواهد شد و به عنوان اکسید کننده سوخت، پر اکسید هیدروژن داخل اتاقک واکنش پمپ شده و در حضور کاتالیزور صفحه ای نقره یا
باعث شروع تجزیه و تولید بخار توسط سوخت در بالای ۶۰۰ درجه سانتی‌گراد خواهد شد.
لازم به ذکر است که آب اکسیژنه برای از بین بردن لکه‌های پوستی و رفع بوی بد بدن به علت خواص آنتی باکتریال نیز موثر واقع شده و از آن می‌توان برای شستشو و ضدعفونی جراحات سطحی در غلظت ۵ درصد استفاده نمود.
