Nadtlenek wodoru  (woda utleniona)

1.    Właściwości fizyczne i chemiczne.

Nadtlenek wodoru jest przezroczysta, bezbarwną ,słabo kwaśną cieczą.

Miesza się z wodą w każdym stosunku ,rozpuszcza się w wielu rozpuszczalnikach organicznych.

Temperatura wrzenia wodnych roztworów wzrasta wraz ze wzrostem ciśnienia i dla 100% H2O2 wynosi150o . Temperatura krzepnięcia dla stężeń do ok. 62% wagowych obniża się ze wzrostem stężenia ( do ok. –56o) a następnie wzrasta do –0,43 dla 100% H2O2.

Roztwory wodne mają silne skłonności do przechładzania. Roztwory o zawartości powyżej 45% wagowych rozszerzają się podczas krzepnięcia , natomiast powyżej 65% wagowych kurczą się .

Roztwory nadtlenku wodoru same nie są palne , lecz mogą ( przede wszystkim przy zwiększonych stężeniach ) spowodować zapłon materiałów palnych .

Nadtlenek wodoru jest silnym utleniaczem . w czasie reakcji utleniania  może mieć miejsce albo przeniesienie tlenu do współreagenta       (( n.p. SO2→SO3 )  lub też przekazanie elektronów ( n.p. Fe2+→ Fe3+ ) .

W stosunku do silnych środków utleniających takich , jak n.p. : nadmanganian potasu , nadtlenek wodoru może może działać jako reduktor . Powstaje przy tym tlen .

W reakcji podstawienia nadtlenek wodoru może przekazywać grupę nadtlenową związkom organicznym i nieorganicznym .

Jako słaby kwas nadtlenek wodoru tworzy z wieloma metalami sole .

Szczególne znaczenie z punktu widzenia bezpieczeństwa pracy ma egzotermiczny rozkład nadtlenku wodoru pod wpływem śladowych ilości metali i ich związków o działaniu katalitycznym oraz alkaliów ( punkt 4.1 ) .

3 Zastosowanie

Nadtlenek wodoru znajduje zastosowanie w wielu gałęziach przemysłowych .         

Najważniejsze z nich to :

-         Przemysł chemiczny

W przemyśle chemicznym , nieorganicznym  do otrzymywania nadtlenków oraz jako środek utleniający i redukujący .

W dziedzinie przemysłu chemicznego , organicznego jako inicjator polimeryzacji , do syntezy nadtlenków , w reakcjach epoksydowania i hydroksylowania .

-         Dezynfekcja

Uwalnia od zarazków materiały na opakowania do aseptycznego napełniania i pakowania środków spożywczych .Dezynfekcja w zakladach przemysłu spożywczego oraz mleczarniach .

-         Obróbka wody pitnej

Do zwalczania alg i substancji śluzowych oraz usuwania bakterii redukujących siarczany .

-         Dezodoryzacja i odtruwanie ścieków i gazów odlotowych

Przykładowo dotyczy to ścieków zawierających cyjanki , formaldehyd i fenol , ścieków fotochemicznych , jak również ścieków i gazów zawierających połączenia siarkowe .

-         Obróbka powierzchniowa

W galwanotechnice i przemyśle metalurgicznym

-         Środki bielące

W przemyśle tekstylnym , celulozowym i papierniczym .

4 Niebezpieczne własności nadtlenku wodoru

4.1 Rozklad nadtlenku wodoru

Na rozkład wywierają wpływ następujące czynniki :

-         temperatura

-         stężenie

-         wartość pH

-         niektóre zanieczyszczenia

Objawy rozkładu to wydzielanie gazu ( tlenu ) a przy nie wystarczającym odprowadzeniu ciepła – wzrost temperatury .

W przypadku zachowania zalecanej wartości pH ( patrz punkt 4.1.3 ) i wykluczeniu obecności zanieczyszczeń działających rozkładowo , handlowy nadtlenek wodoru wykazuje bardzo dobrą stabilność nawet w wyższych temperaturach .

4.1.1 Temperatura

              Podwyższenie temperatury sprzyja rozkładowi , przy czym szybkość reakcji wzrasta o współczynnik 2,2 na każde 10°C . Dla handlowego nadtlenku wodoru względna szybkość rozkładu w temperaturze pokojowej wynosi ok.2% rocznie ; w temperaturze 95-100°C wynosi ok. 2% dziennie . Stabilizatory wywierają tylko nieznaczny wpływ na szybkość rozkładu . Bez odprowadzenia ciepła rozkład ma przebieg samo przyspieszający się , dlatego należy obserwować nadtlenek wodoru podczas jego składowania .

4.1.2 Stężenie

              Nadtlenek wodoru o wysokim stopniu czystości rozkłada się tylko w niewielkim stopniu , przy czym stabilność wzrasta nawet wraz ze wzrostem stężenia . Rozcieńczenie na ogół zmniejsza stabilność nawet wtedy , gdy woda rozcieńczająca jest najwyższej czystości . W praktyce jednak nadtlenek wodoru jest przez wodę dodatkowo  zanieczyszczony oraz zmniejsza się dodatkowo stężenie stabilizatorów .

4.1.3 Wartość pH

              Również wartość pH wywiera wpływ na stabilność nadtlenku wodoru . Zakres optymalnych wartości pH dla dobrego przechowywania wynosi od 3,5 do 4,5* . W zanieczyszczonym nadtlenku wodoru właśnie w tym zakresie pH może jednak dochodzić do specjalnych efektów rozkładu spowodowanych osadami wodorotlenków metali . Powyżej 5* rozkład szybko wzrasta , dlatego handlowe roztwory na ogół nastawia się na pH poniżej 5 , stosując do tego n.p. kwas fosforowy .

4.1.4 Zanieczyszczenia wywołujące rozkład

              Najbardziej silny wpływ ujemny na przechowywalność nadtlenek wodoru wywołują niektóre rodzaje zanieczyszczeń , nawet gdy występują one w najniższych stężeniach ( rzędu ppm ) . Rozkład może być jednorodny , jeśli jest wywołany przez jony o działaniu katalitycznym . Szczególna aktywność wykazują przy tym metale ciężkie : żelazo , miedź , mangan , nikiel i chrom . Rozkład jednorodny natomiast jest wywoływany na stałych powierzchniach       ( także ściankach naczyń ) . Szczególnie silnie działają tlenki i wodorotlenki manganu , żelaza , kobaltu , niklu , ołowiu i rtęci . Najwyższą aktywność spośród metali wykazują metale szlachetne , jak : platyna , osm , iryd , pallad , rod , srebro i złoto .

* Skorygowana wartość pH wg (1)

Nadtlenek wodoru może się rozkładać z różną szybkością w zależności od stężenia zanieczyszczeń . Ze względu na to , że istniejące urządzenia przewietrzające zbiorniki nie są w stanie bezpiecznie odprowadzić produktów bardzo silnego rozkładu , trzeba koniecznie rozpoznawać rozkład oraz podejmować kroki zmniejszające rozkład . W przeciwnym razie przy wzrastającej temperaturze może dojść do takiej szybkości rozkładu , że wytworzy się ciśnienie mogące nawet rozerwać zbiornik .

Zwykle jednak proces tego rodzaju rozkładu przebiega wolno i daje się w porę rozpoznać po stałym wzroście temperatury . Jako środek zapobiegawczy jest dlatego konieczna ciągła kontrola temperatury . Tylko w przypadku zanieczyszczeń bardzo silnie działających rozkład już w ciągu kilku godzin przybiera rozmiar tak krytyczny że nie może już pomóc ani chłodzenie , ani rozcieńczanie , ani dodatkowa stabilizacja .

Nadtlenek wodoru może także ulegać rozkładowi pod wpływem światła , promieni ultrafioletowych i niektórych enzymów .

4.2 Przyspieszanie palenia

              Wodne roztwory nadtlenku wodoru same nie są palne . Może dojść jednak do spontanicznych pożarów , gdy roztwór o stężeniu powyżej 50% wag. Zetknie się z lekko utleniającym lub palnym materiałem organicznym takim jak : słoma , wełna drzewna , cienki papier , pył węglowy , zwłaszcza wtedy , gdy są one w znacznym stopniu rozdrobnione . W niekorzystnych warunkach może także dojść do zapłonu już przy niższych stężeniach . Może to mieć miejsce , jeśli wskutek odparowania wody nastąpi powolne zatężenie nadtlenku wodoru .

4.3 Mieszaniny wybuchowe

              Mieszaniny stężonych roztworów nadtlenku wodoru z ciekłymi lub stałymi , rozpuszczalnymi substancjami organicznymi w pewnych określonych stosunkach ilościowych wykazują właściwości wybuchowe i mogą wybuchnąć pod wpływem niewielkiego pobudzenia mechanicznego lub termicznego .

Zgodnie z danymi literaturowymi (1) nie należy się na ogół obawiać detonacji , jeśli zawartość nadtlenku wodoru w mieszaninie wynosi poniżej 30% . Także w takich przypadkach ważne znaczenie dla zapobiegania powstawaniu mieszanin wybuchowych ma kolejność łączenia składników .

Wodne roztwory o stężeniu do ok. 90% H2O2 nie są wybuchowe .

Roztwory o stężeniach od 90 do 100% wybuchają tylko wtedy , gdy nastąpi silny zapłon inicjujący .

4.4        Atmosfera wybuchowa

Pary nadtlenku wodoru pod ciśnieniem atmosferycznym mogą eksplodować , gdy ich stężenie w fazie parowej wynosi ponad 40% wag.

Eksplozja może być zainicjowana przez iskrę lub kontakt z materiałem o działaniu katalitycznym a w temperaturach powyżej 150°C również przez materiał nie wykazujący działania katalitycznego.

Nieważne jest przy tym czy pozostałym gazem jest tlen , azot , para wodna , czy też inny gaz obojętny .

Stężenie oparów wynoszące ≥40% wag. H2O2 mogą wystąpić pod normalnym ciśnieniem i w temperaturze bliskiej wrzenia nad roztworami o stężeniach

≥74% wag. H2O2 .

4.5        Zawartość energetyczna roztworów nadtlenku wodoru

Dla oceny zagrożenia rozkładem nadtlenku wodoru może mieć znaczenie również zawartość energetyczna roztworów .

W tabeli niżej ( tabela 1 ) podano w zależności od stężenia temperaturę adiabatycznego rozkładu , udział odparowanej w czasie rozkładu wody , oraz objętości wydzielających się przy tym gazów ( przeliczone wg prawa obowiązującego dla gazów idealnych na temperaturę rozkładu )

Tabela 1