Wasserstoffperoxid

R: 34
S: 3-26-36/37/39-45

Strukturformel
H2O2.jpg
Allgemeines
Name	Wasserstoffperoxid
Andere Namen	Perhydrol, Wasserstoffhyperoxid, Wasserstoffsuperoxid
Summenformel	H₂O₂
CAS-Nummer	7722-84-1
Kurzbeschreibung	farblose Flüssigkeit
Eigenschaften
Molmasse	34,02 g/mol
Aggregatzustand	flüssig
Dichte	1,11 g/cm³ (20 °C, 30%ig)
Schmelzpunkt	-26 °C (30%ig)
Siedepunkt	107 °C (30 %ig)
Dampfdruck	18 hPa (20 °C)
Löslichkeit	unbegrenzt in Wasser
Sicherheitshinweise

R- und S-Sätze
MAK	1 ml/m³ bzw. 1,4 mg/m³

Wasserstoffperoxid H₂O₂ (früher auch Wasserstoffsuperoxid) ist eine farblose, flüssige Verbindung aus Wasserstoff und Sauerstoff. Wasserstoffperoxid reagiert (heftig) mit vielen verschiedenen Stoffen wie z.B. Kupfer, Messing, Kaliumiodid.

Physikalische Eigenschaften

Das H₂O₂-Molekül ist gewinkelt (Diederwinkel = 111°). Wegen der starken Vernetzung durch Wasserstoffbrücken ist reines Wasserstoffperoxid sehr viskos. Da reines (=wasserfreies) H₂O₂ instabil ist und spontan explodieren kann, wenn es in Verbindung mit Metallen steht, kommt es normalerweise als maximal siebzigprozentige Lösung in Wasser in den Handel.

Herstellung

Früher wurde Wasserstoffperoxid hauptsächlich durch Elektrolyse von Schwefelsäure hergestellt. Dabei bildet sich Peroxodischwefelsäure, die dann wieder zu Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid hydrolysiert wird.

Heute wird Wasserstoffperoxid durch das Anthrachinon-Verfahren hergestellt. Dazu wird Anthrahydrochinon mit Luftsauerstoff unter Druck zu Wasserstoffperoxid und Anthrachinon umgesetzt.

Chemische Eigenschaften

Wasserstoffperoxid neigt dazu, zu Wasser und Sauerstoff zu zerfallen:

$2H_2O_2 \rightarrow 2H_2O + O_2$ (Disproportionierung)

Dabei wird eine Energie von 196.2 kJ/mol freigesetzt. Diese Zersetzungsreaktion wird unter anderem durch Mn²⁺- (siehe Nachweis), oder andere Schwermetallionen, I^-- und OH^--Ionen katalysiert. Daher werden H₂O₂-Lösungen im Handel mit Stabilisatoren (unter anderem Phosphorsäure) versetzt. Es ist ein starkes Oxidationsmittel, unter Verminderung der Oxidationsstufe von -I auf -II entsteht als Reaktionsprodukt nur Wasser. Schwer abzutrennende oder störende Nebenprodukte fallen nicht an, was seine Anwendung im Labor vereinfacht.

Gegenüber stärkeren Oxidationsmitteln (beispielsweise Kaliumpermanganat) kann es auch als Reduktionsmittel wirken.

Wasserstoffperoxid ist eine sehr schwache Säure, seine anorganischen Salze und organischen Ester sind die Hydroperoxide und Peroxide.

Nachweis

Zum qualitativen Nachweis werden zur neutralen Probelösung Mn²⁺-Ionen (beispielsweise MnSO₄) zugegeben. Entwickelt sich Gas, wird mit der Glimmspanprobe auf Sauerstoff geprüft. Fällt diese positiv aus, indem der Glimmspan aufglüht, war H₂O₂ zugegen.

Nachweis als Chromperoxid (CrO(O₂)₂)

Aus der Festprobe machen. Chromtrioxid CrO₃ ergibt mit Wasserstoffperoxid im stark sauren Bereich (pH<0) das intensiv blau gefärbte Chromperoxid, welches sich in Ether löst. Hierzu Kaliumdichromat mit verd. H₂SO₄ ansäuern und 1 cm hoch mit Ether überschichten (Abzug!), Probe dazu geben und schütteln. Die Ether-Phase färbt sich bläulich.

Nachweis als Peroxotitanyl(IV)-Ion ()

Der Nachweis mit Titangelb ist ein sehr empfindlicher. (Farblose) Titan(IV)ionen ergeben schon mit Spuren von Wasserstoffperoxid das intensiv orangegelb gefärbte Peroxotitanyl-Ion. Umgekehrt kann man daher auch mit Wasserstoffperoxid eine Substanz auf Titan(IV) prüfen.

Verwendung

Wasserstoffperoxid ist ein Bleichmittel, daher wird es in der Kosmetik zum Blondieren von Haaren und zum Bleichen von Zähnen benutzt. Außerdem wirkt es desinfizierend und wird als 3%ige Lösung im Mund- und Rachenraum eingesetzt, auch zur Desinfektion von Kontaktlinsen in Kontaktlinsenreinigern und zur Entkeimung von Packstoffen wird es benutzt.

Weltweit ist die größte Anwendung in der umweltfreundlichen Bleiche von Zellstoff zu sehen. Zellstoff wird aus Holz gewonnen und das darin enthaltene Lignin mit H₂O₂ gebleicht. Hauptverwendung von Zellstoff ist die Herstellung von Papier, Servietten, Taschentücher etc.

Wasserstoffperoxid bzw. wasserstoffperoxidhaltige Bleichmittel, wie etwa ein Peroxyessigsäure-Wasserstoffperoxid-Gemisch, werden in der Werbesprache auch mit dem Kunstwort Aktiv-Sauerstoff bezeichnet.

In der Mikrosystemtechnik nutzt man die sog. Knallgasreaktion zur Bildung von H₂O für die thermische Oxidation (nasse Oxidation) der Silizium-Waferoberflächen (SiO₂).

H₂O₂ spielt eine Rolle in industriellen Prozessen bei der Herstellung von Epoxidharzen und der Reinigung von Abwässern.

In Verbindung mit Salzsäure kann es bei der Herstellung von gedruckten Leiterplatten (Platinen) zum Entfernen des Kupfers verwendet werden.

Als Energie- beziehungsweise Sauerstofflieferant (Zersetzung etwa über Braunstein) kam es in konzentrierter Form bei Raketenantrieben (etwa: Max Valier, Messerschmitt Me 163) und U-Boot-Antrieben (Walter-U-Boot) zum Einsatz. Auch wurde Wasserstoffperoxid, das mit Hilfe von Kaliumpermanganat zersetzt wurde, als Treibstoff für die Treibstoffpumpen der A4 verwendet. Unzersetztes Wasserstoffperoxid wurde als bei Normaltemperatur flüssiger Sauerstoffträger in britischen Raketen (z.B. Black Arrow) benutzt und verbrannte dort mit Kerosin.

Wasserstoffperoxid neigt zu unkontrollierter Zersetzung. So starben am 16. Juli 1934 Dr. Kurt Wahmke und 2 Techniker in Kummersdorf bei der Explosion eines mit Wasserstoffperoxid betriebenen Triebwerkes. Aufgrund der Gefährlichkeit in Einsatz und Handhabung (Ätzwirkung, unkontrollierte Zersetzung, Explosion bei Verunreinigungen in Tank und Leitungssystem) ist der Gebrauch heute auf Kleinraketentriebwerke (Rekordversuche, Steuertriebwerke) beschränkt.

Der Untergang des russischen Atom-U-Boots Kursk 2000 wurde Gerüchten zufolge verursacht durch das Auslaufen von Wasserstoffperoxid aus einem Tank in einem Torpedo und die anschließende Reaktion mit Kupferteilen, die zum Zerbersten des Torpedos führte.

Es wird in Aquarien zum Zuführen von Sauerstoff benutzt, dies geschieht in einem Oxidator.

In der Kriminalistik kann es als Nachweis für bspw. herausgewaschenes Blut genutzt werden.

Physiologie

Wasserstoffperoxid wirkt stark ätzend, besonders als Dampf.

Es entsteht bei zahlreichen biochemischen Prozessen, ist jedoch ein Zellgift. Deswegen baut in Zellen das Enzym Katalase H₂O₂ ab.

Auf viele prokaryontische Kleinstlebewesen wirkt H₂O₂ stark toxisch (daher auch die desinfizierende Wirkung).

In der Biologie wird es experimentell zur Herbeiführung des programmierten Zelltodes von isolierten eukaryontischen Zellen genutzt.

Falls man Wasserstoffperoxid auf die Haut bekommt, sollte man die Stelle mit Wasser gut spülen (Verdünnung). Niemals versuchen die Stelle mit Hilfe von Laugen (Natronlauge) zu neutralisieren!! Es ist unmöglich (zeitlich) die geeignete Konzentration zur Neutralisierung zu erreichen. Weiter können Laugen die Haut wesentlich stärker schädigen als Säuren, vor allem Wasserstoffperoxid. Zur Not auch mit in Wasser gelöstem Backpulver reinigen, um Verletzungen vorzubeugen.

Mikrobiologische Bedeutung

Für die Bestimmung von Bakterienkulturen, wird der Katalase-Test mit 3%-iger Wasserstoffperoxidlösung durchgeführt . Die meisten aeroben und fakulativ anaeroben Bakterien haben das Enzym Katalase, welches im stande ist, für die Zellen das giftige H₂O₂ zu spalten. Sowohl Katalase wie auch Peroxidase vermögen H₂O₂ zu spalten.

Biologische Bedeutung

Die weibliche Eizelle produziert nach der Befruchtung durch ein Spermium kurzzeitig Wasserstoffperoxid in geringer Konzentration, um andere Spermien abzutöten. Im biologischen Kreislauf entsteht Wasserstoffperoxid durch die oxidativen Metabolisierung von Zucker. Dieses wird mit Hilfe von Enzymen wieder zum ungiftigen O₂ und H₂O zersetzt.

Literatur

Werner R. Thiel: Neue Wege zu Wasserstoffperoxid: Alternativen zu etablierten Prozessen? Angewandte Chemie 111(21), S. 3349 - 3351 (1999)
Heribert Offermanns, Gunther Dittrich, Norbert Steiner: Wasserstoffperoxid in Umweltschutz und Synthese. Chemie in unserer Zeit 34(3), S. 150 - 159 (2000), ISSN 0009-2851

Chemische Verbindung

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