Molte persone conoscono il perossido di idrogeno come composto che sbianca i capelli. Puo' essere anche usato per la disinfezione dell'acqua.

Quando fu scoperto il perossido di idrogeno?

Louis Jacque Thenard scopri' il perossido di idrogeno nel 1818. Esso consiste in atomi di idrogeno e ossigeno, che possono essere trovati ovinque sulla terra. Il perossido di idrogeno contiene una combinazione di due atomi di idrogeno e di due atomi di ossigeno.
Nell'ambiente, il perossido di idrogeno si puo' trovare in concentrazioni molto basse. Il perossido di idrogeno gassoso è prodotto dalle reazioni fotochimiche nell'atmosfera che circonda la terra. Può anche essere trovato nell'acqua in piccola quantità.

Quali sono le caratteristiche del perossido di idrogeno?

Il perossido e' un composto contenente ioni perossido (O₂^2-).
Gli ioni perossido consistono in legame singolo: (O-O)^2-. E' un forte ossidante.
Il perossido di idrogeno presenta la formula chimica H₂O₂ e la seguente formula strutturale: H-O-O-H

La molecola del perossido di idrogeno contiene un atomo di ossigeno supplementare, rispetto alla molecola di acqua più stabile. Il legame fra i due atomi di ossigeno, il cosiddetto legame perossido, si rompe quando si formano due radicali H-O. Tali radicali reagiscono rapidamente con altre sostanze, mentre si formano nuovi radicali ed avvine una reazione a catena. Le soluzioni di perossido di idrogeno assomigliano all'acqua e possono essere dissolte in acqua senza sosta. Ad alte concentrazioni tali soluzioni emanano un'irritante odore acido. Il perossido di idrogeno è infiammabile. A basse temperature diventa solido. La quantità di perossido di idrogeno in soluzione è espressa in peso percentuale. Per il trattamento delle acque vengono usate concentrazioni di perossido di idrogeno di 35 o 50 %.

Selettivita'

Il perossido di idrogeno è usato in diverse applicazioni, poiche' è molto selettivo. Cambiando le condizioni di reazione (temperatura, pH, dose, tempo di reazione e aggiunta di un catalizzatore), il perossido di idrogeno attaccherà inquinanti differenti.

Corrosivita' del perossido di idrogeno

La corrosivita' dell'acqua trattata dovuta al perossido di idrogeno dipende dalla quantità di ossigeno disciolto prodotto. L'ossigeno corrode i metalli contenenti ferro. La quantità di ferro ed il pH hanno un'influenza più grande sulla corrosivita' rispetto alla concentrazione di perossido di idrogeno.

Distruzione del perossido di idrogeno

Il perossido di idrogeno può disintegrarsi durante il trasporto, liberando ossigeno e calore. Il perossido di idrogeno in se è infiammabile, e l'ossigeno può aumentare l'infiammazione di altre sostanze. In soluzioni diluite, calore è assorbito dall'acqua, in soluzioni concentrate la temperatura della soluzione aumenta, accelerando la distruzione del perossido di idrogeno. Il tasso di distruzione è moltiplicato per 2.2 ogni 10°C di aumento della temperatura. L'alcalinità e la presenza di inquinanti accelera inoltre la distruzione del perossido di idrogeno.
Per la produzione si perossido di idrogeno, sono usati catalizzatori speciali per assicurare che il perossido di idrogeno non sia distrutto dalle sostanze inquinanti nell'acqua.

Come viene prodotto il perossido di idrogeno?

Dal 1880, il perossido di idrogeno è un prodotto commerciale. Venne dapprima prodotto nel Regno Unito bruciando il sale di bario (Ba), che produceva perossido di bario (BaO2). Successivamente il perossido di bario era dissolto in acqua e veniva prodotto il perossido di idrogeno. Dal diciannovesimo secolo la produzione del perossido di idrogeno aumento' notevolmente. Al giorno d'oggi vongono prodotti annualmente circa mezzo miliardo di chilogrammi.

Come viene trasportato ed immagazzinato il perossido di idrogeno?

Il perossido di idrogeno deve essere trasportato in contenitori in polietilene, acciaio inossidabile o alluminio. Quando il perossido di idrogeno entra in contatto con sostanze infiammabili, come legno, carta, olio o cotone (cellulosa), puo' avvenute accensione spontanea. Quando il perossido di idrogeno è mescolato con materia organica, come alcooli, acetone e altri chetoni, aldeidi e glicerolo, possono verificarsi grave esplosioni. Quando il perossido di idrogeno entra in contatto con sostanze, quali ferro, rame, cromo, piombo, argento, manganese, sodio, potassio, magnesio, nichel, oro, platino, metalloidi, ossidi di metalli o i sali di metalli, cio' può provocare potenti esplosioni. Ecco perchè il perossido di idrogeno è trasportato solitamente in forma diluita.

Quali sono le applicazioni del perossido di idrogeno?

La più antica applicazione nota del perossido di idrogeno consisteva nel candeggiamento dei cappelli di paglia, che erano alla moda all'inizio del ventesimo secolo. Dal 1920 al 1950 il perossido di idrogeno venne prodotti tramite elettrolisi. Questo metodo consentiva di produrre perossido di idrogeno puro. Al giorno d'oggi, sono usati processi di auto-ossidazione per produrre il perossido di idrogeno. Durante questo processo la materia prima e' costituita dall'idrogeno.

Versatilita' del perossido di idrogeno

Il perossido di idrogeno è molto versatile, e' può essere usato in molte applicazioni. Può essere usato in tutti i mezzi: aria, acqua, acque reflue e terreno. A volte è usato in combinazione ad altri agenti, per aumentare ed accelerare i processi. Il perossido di idrogeno è usato il più comunemente per rimuovere le sostanze inquinanti da acque reflue e da aria. Si oppone allo sviluppo batterico (per esempio bio fouling nei sistemi idrici) e può aumentare lo sviluppo batterico (per esempio bio-bonifica dei terreni e delle acqua reflue inquinate) attraverso l'aggiunta di ossigeno. Può anche essere usato per trattare gli inquinanti che possono essere facilmente ossidati (per esempio ferro e solfuri) e gli inquinanti che sono difficili da ossidare (per esempio solidi dissolti, benzina ed antiparassitari).
Per concludere, può essere usato per candeggiare la carta, i tessuti, i denti ed i capelli o per produrre alimenti, minerali, sostanze petrochimiche o detersivi. In forma pura, il perossido di idrogeno è usato come fonte di ossigeno per alimentare i sommergibile russi.

Il perossido di idrogeno puo' essere usato come ossidante?

Il perossido di idrogeno è un forte ossidante. È più potente del cloro (Cl2), del diossido di cloro (ClO2) e del permanganato di potassio (KMnO4). Attraverso la catalisi, il perossido di idrogeno può essere convertito in idroradicali (OH). Il potenziale di ossidazione del perossido di idrogeno è poco inferiore a quello dell'ozono.

Tabella 1: Potenziale di ossidazione di vari ossidanti

Come viene dosato il perossido di idrogeno?

La maggior parte delle applicazioni del perossido di idrogeno consistono dell'iniezione del perossido di idrogeno in acqua corrente. Non e' richiesto nessun altro prodotto chimico o equipaggiamento. Tale applicazione è usata per controllare lo sviluppo biologico, per aggiungere ossigeno, per rimuovere i composti di cloro e per ossidare solfuri, solfiti, metalli ed altri materiali facilmente ossidati. L'idoneità del perossido di idrogeno in queste applicazioni è influenzata da pH, temperatura e tempo di reazione.

Perossido di idrogeno catalittico

Gli inquinanti che non vengono facilmente ossidati, non richiedono l'attivazione del perossido di idrogeno da parte di catalizzatori (ferro, manganese o altri metalloidi). Tali catalizzatori possono anche essere usati per aumentare le reazioni del perossido di idrogeno, che richiederebbero invece ore o giorni.

Quali sono i processi di ossidazione avanzata?

I processi di ossidazione avanzata costituiscono un nuovo sviluppo nel campo della disinfezione con perossido di idrogeno. Tali processi producono radicali reattivi dell'ossigeno, senza l'interferenza dei catalizzatori metallici. Alcuni esempi sono la combinazione del perossido di idrogeno con l'ozono (perossone) o la luce ultravioletta. Il risultato dei di questi metodi è un'ampia ossidazione delle sostanze difficilmente degradabili, senza la produzione composti o fango. Tali metodi sono usati universalmente per il trattamento dell'acqua freatica, dell'acqua potabile e di processo e per la disinfezione e la rimozione della materia organica dall'acqua reflua industriale.

Come funziona la disinfezione con perossido di idrogeno?

Tra le varie applicazioni, il perossido di idrogeno è usato come disinfettante. È usato per trattare l'infiammazione delle gomme e per disinfettare l'acqua (potabile). Inoltre è usato per combattere l'eccessivo sviluppo microbico nei sistemi idrici e nelle torri di raffreddamento.
Negli Stati Uniti, il perossido di idrogeno è usato sempre più frequentemente per trattare i diversi rifornimenti idrici. È usato per impedire la formazione di colore, gusto, corrosione e scaling dalla degradazione dell'inquinamento (ferro, manganese, solfati) e dalla degradazione dei microorganismi. Il perossido di idrogeno reagisce molto velocemente disintegrandosi in idrogeno ed in acqua, senza la formazione di sottoprodotti. Ciò aumenta la quantità di ossigeno nell'acqua.

Il meccanismo di disinfezione e' basato sul rilascio di radicali liberi di ossigeno:
H₂O₂ → H₂O + O₂

Gli inquinanti sono decomposti dai radicali liberi dell'ossigeno e rimanr soltanto l'acqua. I radicali liberi hanno sia abilita' di ossidazione che di disinfezione. Il perossido di idrogeno elimina le proteine tramite l'ossidazione. I perossidi come il perossido di idrogeno (H2O2), il perborato, il perossifosfate ed il persolfato, sono buoni disinfettanti ed ossidanti. In generale essi possono rimuovere adeguatamente i microorganismi. Tuttavia, tali perossidi sono molto instabili.
I perborati sono molto tossici e l'acido peracetico (PAA) è un acido forte che può essere molto agressivo in forma pura. I persolfati stabilizzati possono essere usati per sostituire il cloro nel trattamento della acque reflue.

Il perossido di idrogeno e' usato nella disinfezione dell'acqua potabile?

Negli anni 50, il perossido di idrogeno fu usato per la prima volta per la disinfezione dell'acqua potabile in Europa Orientale. È noto per la sua elevata efficienza ossidativa e biocida. Il perossido di idrogeno non viene usato spesso per la disinfezione dell'acqua potabile, ma è la sua popolarità sembra aumentare. Spesso è usato combinato con ozono, argento o UV.

Il perossido di idrogeno e' usato per la disinfezione delle piscine?

L'applicazione dei perossidi per il trattamento e la disinfezione dell'acqua è limitato. Recentemente, sono state sviluppate forme più stabili, che possono essere usate nelle piscine. La disinfezione con perossido di idrogeno ne richiede una dose elevata. Il principale svantaggio è la ridotta abilità di disinfezione e di ossidazione del perossido di idrogeno in concentrazioni attive (decine di milligrammi per litro), necessaria per la disinfezione delle piscine. Un altro problema è la rapida decomposizione del perossido di idrogeno in acqua e la presenza di radicali di ossigeno. Attraverso l'aggiunta di uno stabilizzatore, la decomposizione del perossido di idrogeno viene ritardata e l'abilità di disinfezione può essere mantenuta. Rispetto a cloro, al bromo, all'ozono e ad altri disinfettanti, il perossido di idrogeno non è un disinfettante molto potente. La disinfezione delle piscine con perossido di idrogeno non è permessa, a meno che non venga applicata congiuntamente ad altri disinfettanti (UV, ozono, sali d'argento o sali di quarto dell'ammoniaca). Il perossido di idrogeno migliora l'abilità di disinfezione degli altri disinfettanti.

Il perossido di idrogeno puo' essere usato per la disinfezione delle torri di raffreddamento?

Il perossido di idrogeno può essere usato per la disinfezione dell'acqua delle torri di raffreddamento, quando è combinato ad altri disinfettanti. Per la disinfezione dell'acqua delle torri di raffreddamento puo' essere usato anche acido peracetico (CH3COOH, PAA).

Il perossido di idrogeno rimuove il cloro?

Il perossido di idrogeno può essere usato per la declorazione, in altre parole per rimuovere il cloro residuo. Il cloro residuo forma acidi corrosivi quando è ossidato da aria o condensato sui sistemi di trattamento. Quando il cloro reagisce con il perossido di idrogeno, il perossido di idrogeno si scinde in acqua ed in ossigeno. Il cloro gassoso idrolizza in acido ipocloroso (HOCl), che successivamente si ionizza negli ioni ipoclorito (OCl).

Cl₂ + HOCl + H⁺ + Cl
HOCl + H⁺ + Cl

Dopo di cio' il perossido di idrogeno reagisce con ipoclorito:

OCl^- + H₂O₂ (g) -> Cl^- + H₂O + O₂

La reazione tra perossido di idrogeno e ipoclorito avviene molto velocemente. Altre sostanze organiche ed inorganiche non possono reagire con l'ipoclorito.

Quali sono i vantaggi e gli svantaggi derivanti dall'uso del perossido di idrogeno?

Vantaggi

Al contrario di altre sostanze chimiche, il perossido di idrogeno non produce composti o gas. La sicurezza dipende dalla concentrazione applicata, dal momento che il perossido di idrogeno è completamente solubile in acqua.

Svantaggi

Il perossido di idrogeno è un potente ossidante. Reagisce con diverse sostanze, quindi viene diluito durante il trasporto, come misura di sicurezza. Tuttavia, per la disinfezione con perossido di idrogeno, sono necessarie alte concentrazioni. Il perossido di idrogeno si decompone lentamente in acqua ed in ossigeno. Una temperatura elevata e la presenza di inquinanti aumenta tale processo.

La concentrazione di perossido di idrogeno in soluzione diminuisce leggermente. Cio' e' provocato dalla reazione seguente:

2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂

Questa e' una reazione REDOX. Le molecole di idrogeno funzionano in parte da riduttori in parte da ossidanti.

Il perossido di idrogeno e' efficace?

L'efficacia del perossido di idrogeno dipende da parecchi fattori, come il pH, i catalizzatori, la temperatura, la concentrazione di perossido ed il tempo di reazione.

Quali sono gli effetti sulla salute del perossido di idrogeno?

L'esposizione al perossido di idrogeno avviene attraverso l'inalazione di polvere o vapore, l'assorbimento di cibo ed il contatto con occhi o pelle. Il perossido di idrogeno può irritare gli occhi, la pelle e le membrane mucose. L'esposizione degli occhi a concentrazioni del 5% o maggiori può provocare la lesioni permanenti dell'apparato visivo. Prove con animali da laboratorio da parte dell'agenzia internazionale americana sulla ricerca sul cancro (IARC) provano che il perossido di idrogeno può essere cancerogeno per gli animali. Prove di laboratorio con i batteri indicano che il perossido di idrogeno è mutageno: cambia e danneggia il DNA. Quando gli esseri umani inalano perossido di idrogeno, cio' causa l'irritazione dei polmoni. L'esposizione cutanea causa la formazione di bolle, ustioni e dolorosi sbiancamenti della pelle. Gli organi che sono molto sensibili ad esposizione a perossido di idrogeno sono i polmoni, l'intestino, il timo, il fegato ed i reni. Gli effetti di un'esposizione cronica per gli esseri umani sono sconosciuti. Gli effetti sulla riproduzione e sullo sviluppo non sono stati ancora dimostrati.

Cosa dice la normativa riguardo al perossido di idrogeno?

EU
Il perossido di idrogeno non viene menzionato negli standard per l'acqua potabile, Direttiva 98/83/EC.

USA
Negli Stati Uniti il perossido di idrogeno fu registrato come pesticida dell'EPA nel 1977.

Quali sostanze si possono combinare con il perossido di idrogeno?

Per la disinfezione il perossido di idrogeno puo' essere combinato con altri agenti, per esempio acido paracetico e perossone.