Ποια ήταν η πρώτη ξανθιά του οξυζενέ;Ήταν η Jean Harlow (1911-1937). Ήταν καστανόξανθη, αλλά έγινε μια «πλατινέ ξανθιά» μέσω της τακτικής χρήσης του υπεροξειδίου του υδρογόνου, αμμωνίας και άλλων χημικών ουσιών, συμπεριλαμβανομένου του Clorox ενός λευκαντικού (με βάση το υποχλωριώδες νάτριο). Η ταινία της Platinum Blonde (1931) καθιέρωσε την έκφραση «πλατινέ ξανθιά». Την ακολούθησε η Μέριλιν Μονρόε (1926-1963), που πρωταγωνίστησε στο “Οι άντρες τις προτιμούν ξανθιές” (1953) και άλλες, μέχρι τη Reese Witherspoon στο Legally Blonde (2001) χωρίς να ξεχνάμε την Debbie Harry, στο Blondie.
Πώς ξασπρίζουν τα μαλλιά με το υπεροξειδίου του υδρογόνου;
Με τη χρήση ενός πολύ ελαφρώς αλκαλικού διαλύματος υπεροξειδίου του υδρογόνου. Το υπεροξείδιο του υδρογόνου οξειδώνει τη χρωστική ουσία μελανίνη που βρίσκεται στο εσωτερικό της τρίχας σε μία άχρωμη ουσία. Το αλκαλικό του διαλύματος καθιστά τα μαλλιά πιο διαπερατά στο οξυζενέ απαλύνοντας την επιδερμίδα της τρίχας, έτσι ώστε το υπεροξείδιο μπορεί να φτάσει τη μελανίνη.
Το υπεροξείδιο του υδρογόνου είναι ασταθές, διασπάται εύκολα. Έτσι δεν είναι;
Εξαρτάται από το τι εννοούμε με τον όρο «ασταθής». Είναι σταθερό σε σχέση με τα στοιχεία από τα οποία προέρχεται:
H2 ( g ) + O2 ( g ) → H2O2 ( l ) (Δ Hf = -187,6 kJ mol -1 )
Με τη χρήση ενός πολύ ελαφρώς αλκαλικού διαλύματος υπεροξειδίου του υδρογόνου. Το υπεροξείδιο του υδρογόνου οξειδώνει τη χρωστική ουσία μελανίνη που βρίσκεται στο εσωτερικό της τρίχας σε μία άχρωμη ουσία. Το αλκαλικό του διαλύματος καθιστά τα μαλλιά πιο διαπερατά στο οξυζενέ απαλύνοντας την επιδερμίδα της τρίχας, έτσι ώστε το υπεροξείδιο μπορεί να φτάσει τη μελανίνη.
Το υπεροξείδιο του υδρογόνου είναι ασταθές, διασπάται εύκολα. Έτσι δεν είναι;
Εξαρτάται από το τι εννοούμε με τον όρο «ασταθής». Είναι σταθερό σε σχέση με τα στοιχεία από τα οποία προέρχεται:
H2 ( g ) + O2 ( g ) → H2O2 ( l ) (Δ Hf = -187,6 kJ mol -1 )
Η ενθαλπία σχηματισμού είναι -187,3 kJ, είναι εξώθερμη αντίδραση κάτι σαν τη καύση του Η2 μόνο λιγότερο αποδοτική. Ωστόσο, τα προϊόντα αποσύνθεσης του, σε νερού και αέριο οξυγόνο είναι πιο σταθερά, έτσι αποσύνθεση του είναι υπερβολικά εξώθερμη :
H2 O2 ( l ) → H2O ( l ) + 1/2 O 2 ( g ) (Δ Hf = -98,2 kJ mol -1 )
Είναι σταθερό απουσία καταλυτών, αλλά δεδομένου ότι ακόμα και ορισμένα γυαλιά μπορεί να επιταχύνουν την αποσύνθεση του, συχνά διατηρείτε σε φιάλες που κατασκευάζονται από Teflon ή πολυαιθυλένιο. Επίσης συνήθως προστίθενται σταθεροποιητές για να επιβραδύνουν την αποσύνθεση.
Πολλές ουσίες καταλύουν την αποσύνθεση του, όπως τα μέταλλα μεταπτώσεως και οι ενώσεις τους, σαν το MnO2 . Στο ανθρώπινο ήπαρ το ένζυμο καταλάση κάνει τη σημαντική εργασία αφαίρεσης των τοξικών H2O2 (ένα υποπροϊόν των αντιδράσεων οξείδωσης) από το σώμα. Ακόμα και η σκόνη μπορεί να λειτουργήσει ως καταλύτης. Το κάνουν αυτό, φυσικά, μειώνοντας την ενέργεια ενεργοποίησης για την αντίδραση αποσύνθεση του. Η ενέργεια ενεργοποίησης είναι 75 kJ mol -1 και το MnO2 την κατεβάζει στα 58 kJ mol -1, η δε καταλάση στα 23 kJ mol -1.
H2 O2 ( l ) → H2O ( l ) + 1/2 O 2 ( g ) (Δ Hf = -98,2 kJ mol -1 )
Είναι σταθερό απουσία καταλυτών, αλλά δεδομένου ότι ακόμα και ορισμένα γυαλιά μπορεί να επιταχύνουν την αποσύνθεση του, συχνά διατηρείτε σε φιάλες που κατασκευάζονται από Teflon ή πολυαιθυλένιο. Επίσης συνήθως προστίθενται σταθεροποιητές για να επιβραδύνουν την αποσύνθεση.
Πολλές ουσίες καταλύουν την αποσύνθεση του, όπως τα μέταλλα μεταπτώσεως και οι ενώσεις τους, σαν το MnO2 . Στο ανθρώπινο ήπαρ το ένζυμο καταλάση κάνει τη σημαντική εργασία αφαίρεσης των τοξικών H2O2 (ένα υποπροϊόν των αντιδράσεων οξείδωσης) από το σώμα. Ακόμα και η σκόνη μπορεί να λειτουργήσει ως καταλύτης. Το κάνουν αυτό, φυσικά, μειώνοντας την ενέργεια ενεργοποίησης για την αντίδραση αποσύνθεση του. Η ενέργεια ενεργοποίησης είναι 75 kJ mol -1 και το MnO2 την κατεβάζει στα 58 kJ mol -1, η δε καταλάση στα 23 kJ mol -1.
Το συμπυκνωμένο H2O2 είναι πολύ ασταθής ένωση, όπως θα δούμε παρά κάτω.
Λοιπόν πως είναι το υπεροξείδιο του υδρογόνου;
Όταν είναι καθαρό, το υπεροξείδιο του υδρογόνου είναι μία σχεδόν άχρωμη (πολύ ανοιχτό μπλε) ουσία που μοιάζει με νερό (και αναμιγνύεται μαζί του σε όλες τις αναλογίες). Παγώνει στους -0.41 ° C και βράζει σε θερμοκρασία 150,2 °C (παρεκταση σε πίεση 760 mm). Πυκνότητα του είναι 1,44 g cm-3 σε υγρή κατάσταση στους 25 °C και 1,64 g cm-3 σε στερεά κατάσταση στους -4.5 °C, έτσι, σε αντίθεση με πάγο, το στερεό H2O2 βυθίζετε όταν βρεθεί σε δοχείο με υγρό H2O2. Έχει ασύμμετρη δομή με μια δίεδρο γωνία 111,5° (σε αέρια φάση), η οποία ελαχιστοποιεί την άπωση μεταξύ των μονήρων ζευγών του οξυγόνου και των ζευγών ηλεκτρονίων των δεσμών ΟΗ. Η δίεδρη γωνία επηρεάζεται απο τους δεσμούς υδρογόνου και σε στερεή κατάσταση είναι 90,2 ° .
Πώς παράγεται.
Εμπορικά παρασκευάζεται κυρίως με καταλυτική οξείδωση 2-alkylanthroquinones.
Σύνθεση του H2O2
Μια πιο παραδοσιακή μέθοδος είναι η αντίδραση του υπεροξειδίου του βαρίου με θειικό οξύ. Το αδιάλυτο θειικό βάριο απομακρύνεται με διήθηση, αφήνοντας ένα διάλυμα υπεροξειδίου του υδρογόνου.
BaO2 ( s ) + Η2 SO4 ( aq ) → BaSO4 ( s ) + H2O2 ( aq )
Αυτό το διάλυμα είναι δύσκολο να συμπυκνωθεί με απόσταξη (εκτός αν γίνεται σε πολύ χαμηλή πίεση), λόγω της αποσύνθεσης του υπεροξειδίου όταν αυξάνεται η θερμοκρασία. Μία επιλογή είναι η απομάκρυνση του νερού με εξάτμιση σε ρεύμα αέρα.
Και είναι ένα λευκαντικό
Περίπου 2 εκατομμύρια τόνοι υπεροξειδίου του υδρογόνου παράγονται κάθε χρόνο. Περίπου το μισό χρησιμοποιείται για τη λεύκανση χαρτοπολτού από ξύλο ή χαρτί. Θεωρείται ως μια φιλική προς το περιβάλλον εναλλακτική λύση σε σχέση με τα λευκαντικά με βάση το χλώριο. Σε οικιακές χρήσεις, χρησιμοποιείται μίγμα με ΝαΟΗ για τη λεύκανση ξύλινων επιφάνειών. Είναι επίσης χρησιμοποιείται για τη λεύκανση υφασμάτων.
Στην ιατρική, το υπεροξείδιο του υδρογόνου χρησιμοποιείται για την απολύμανση του δέρματος, δεδομένου ότι σκοτώνει τα βακτήρια με τη οξειδωτική του δύναμή. Όταν έρχεται σε επαφή με μια πληγή, αφρίζει καθώς απελευθερώνεται οξυγόνο, κατά πάσα πιθανότητα λόγω της δράσης της καταλάσης στο αίμα. Αραιωμένο διάλυμα H2O2 (περίπου 3%) χρησιμοποιείται ως στοματικό διάλυμα, και επίσης για τον καθαρισμό και την απολύμανση των φακών επαφής. Επίσης λευκαίνει τα δόντια.
Μια πολύ αμφιλεγόμενη πρόταση ήταν ότι η χρήση διαλύματος υπεροξειδίου του υδρογόνου - για παράδειγμα σε πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις ενδοφλεβίως - θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως θεραπεία για τον καρκίνο ( «θεραπεία με οξυγόνο»). Η Αμερικανική Αντικαρκινική Εταιρεία αναφέρει ότι δεν υπάρχει τίποτα για να υποστηρίξει κάτι τέτοιο, και ότι μπορεί να είναι επιβλαβής.
Αλλά δεν είναι μόνο αυτά. Το υπεροξείδιο του υδρογόνου έχει βρει πλείστες όσες χρήσεις, σαν όπλο. Ξεκινώντας με το σκαθάρι βομβαρδιστής (Bombardier beetle)…
Αλλά δεν είναι μόνο αυτά. Το υπεροξείδιο του υδρογόνου έχει βρει πλείστες όσες χρήσεις, σαν όπλο. Ξεκινώντας με το σκαθάρι βομβαρδιστής (Bombardier beetle)…
Όταν επιτίθεται, το σκαθάρι βομβαρδιστής (που ένα είδος του είναι το αφρικανικό σκαθάρι βομβαρδιστής , Stenaptinus insignis , που φαίνεται στην εικόνα), ψεκάζει από την άκρη της κοιλιάς του ένα θερμό μείγμα ερεθιστικών ουσιών που αποτελείται από ρ-βενζοκινόνες και υπεροξείδιο του υδρογόνου. Μπορεί να στοχεύει αυτό το σπρέι με ακρίβεια σε οποιαδήποτε κατεύθυνση. Συνήθως στην άγρια φύση έχουν στόχο τους θηρευτές όπως τα μυρμήγκια.
Το σκαθάρι βομβαρδιστής έχει αποθηκευμένο ένα μείγμα υπεροξειδίου του υδρογόνου και υδροκινόνης. Τη στιγμή που είναι απαραίτητη η άμυνα, το μείγμα αντλείται από το θάλαμο αποθήκευσης σε ένα χώρο αντιδρασης στη κοιλιά του σκαθαριού Εκεί αναμιγνύεται με καταλύτες (καταλάσες και υπεροξειδάσες) οι οποίες καταλύουν την αντίδραση αποσύνθεσης του υπεροξειδίου σε οξυγόνο. Αυτό οξειδώνει τις υδροκινόνες σε κινόνες, μια πολύ εξώθερμη αντίδραση. Το αέριο οξυγόνο ωθεί το καυτό αυτό σπρέι προς τα έξω από ένα ακροφύσιο στην άκρη της κοιλιάς.
Αλλά και ο άνθρωπος το χρησιμοποιεί σαν όπλο.
Κατα πρώτον το Messerschmitt 163. Το πρώτο πυραυλοκίνητο αεροσκάφος και το μόνο που πέταξε ποτέ σε λειτουργική υπηρεσία στον WW2. Εφοδιασμένο με έναν πυραυλοκινητήρα ήταν πολύ πιο γρήγορο από οποιοδήποτε άλλο μαχητή στον αέρα, αλλά το καύσιμο που χρησιμοποιούσε το κατέστησε κάπως «μη ασφαλές».Τα δύο καύσιμα ήταν το "C Stoff" (57% μεθανόλη, 30% υδραζίνη, 13% νερό) και το "Τ Stoff" (80% H2O2 , 20% νερό), τα οποία διατηρούνται σε χωριστές δεξαμενές στα αντίθετα άκρα του αεροδρόμιου και ήταν πάντα τουλάχιστον μισό μίλι μακριά. Λέγεται ότι οποιαδήποτε οργανική ύλη (συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων) θα μπορούσε να αναφλεγεί αν έρθει σε επαφή με το Τ Stoff. Τα καύσιμα φορτώνονταν χωριστά, στο αεροσκάφος και το πλήρωμα πλένονται προσεκτικά μετά τον πρώτο εφοδιασμό, και πάλι μετά το δεύτερο. Ένας καταλύτης (Ca (MnO4 )2 + K2CrO4 ) αναμίγνύεται με λίγο υπεροξείδιο, δημιουργώντας ένα μείγμα ατμού και οξυγόνου που θα κινούσε τις αντλίες τροφοδοσίας των δύο καύσιμων στον θάλαμο καύσης. Η εκρηκτική αντίδραση παρήγαγε ένα μίγμα θερμών αερίων, ατμού και αζώτου:
2 H2O2( l ) + N2H4(l) → 4 H2O(g) + N2(g)
Το αεροπλάνο έπιανε τα 500 μίλια/ώρα ως την άκρη του διαδρόμου, ανέβαινε κατακόρυφα με 440 mph, και προσέγγιζε τα αμερικανικά βομβαρδιστικά σε πάνω από 550 mph. Κανένα συμμαχικό μαχητικό δεν μπορούσε να συμβαδίσει με αυτό. Αλλά τα Me163 κατέρριψαν μόνο 9 βομβαρδιστικά, ενώ χάθηκαν πολύ περισσότερα σε ατυχήματα.
Φοβερό αλλά υπάρχουν κι άλλα;Ο Hellmuth Walter, ο οποίος σχεδίασε τα Me163, σχεδίασε επίσης και ένα υποβρύχιο (U-boat) κινούμενο με υπεροξείδιο. Χρησιμοποιούσε πολύ συμπυκνωμένο (95%) H2O2 που ονομάζεται περιντρόλ, «perhydrol», το οποίο κατά την αποσύνθεση (χρησιμοποιώντας καταλύτη) έδινε υπέρθερμο ατμό που κινούσε ένα στρόβιλο. Το οξυγόνο που σχηματίζονταν χρησιμοποιείται για την υποστήριξη της ζωής για το πλήρωμα. Από τα δύο σκάφη που χτίστηκαν κατά τη διάρκεια του πολέμου, το U1406 πήγε στην Αμερική, ενώ το Βασιλικό Ναυτικό ανέλαβε το U1407, στη θέση του HMS Meteorite . Διατηρήθηκε δύο χρόνια σε πειραματική υπηρεσία. Στα μέσα της δεκαετίας του 1950, το Βασιλικό Ναυτικό της Μεγ. Βρετανίας κατασκευάζει δύο υποβρύχια με υπεροξείδιο, τα HMS Explorer και HMS Excalibur. Όπως και τα U1406 και U1407,έπιαναν πάνω από 25 κόμβους κάτω από το νερό, αλλά υπήρχαν πάρα πολλά τεχνικά προβλήματα για να θεωρηθούν επιτυχή (όπως η αστάθεια του υπεροξείδιου 95%).
Και, δυστυχώς, υπάρχει καταστροφή του Κουρσκ . Το Κουρσκ (φωτογραφία δεξιά) ήταν το τελευταίο πυρηνικό υποβρύχιο κλάσης Όσκαρ ΙΙ που κατασκευάστηκε για το ρωσικό Πολεμικό Ναυτικό. Είχε μήκος 155 μέτρων, δύο φορές το μήκος ενός Boeing 747 και καθελκύστηκε το 1994.Στις 12 Αυγούστου 2000 το Κουρσκ συμμετείχε σε μια ναυτική άσκηση στα ανοικτά της χερσονήσου Κόλα κοντά στο Μουρμάνσκ, όταν στις 11.28 τοπική ώρα, υπήρξε μια έκρηξη στο πλοίο, ισοδύναμη με περίπου 100 κιλά ΤΝΤ. Αυτή φαίνεται ότι προκλήθηκε από μια διαρροή του καυσίμου υπεροξειδίου του υδρογόνου από μια τορπίλη. Προκλήθηκε πυρκαγιά, η οποία πυροδότησε πολλές άλλες τορπίλες, και μια πολύ μεγαλύτερη έκρηξη 135 δευτερόλεπτα αργότερα. Σύμφωνα με πληροφορίες η δύναμη της έκρηξης ήταν περίπου 7 τόνους TNT (όπως καταγράφηκε από σεισμικούς σταθμούς 5000 χιλιόμετρα μακριά, μετρώντας 3,5 βαθμούς της κλίμακας Ρίχτερ). Το υποβρύχιο βυθίστηκε σε βάθος 108 μέτρων. Το όλο το πλήρωμα των 118 ανδρών χάθηκε. Το Βασιλικό Ναυτικό Μεγ. Βρετανίας είχε εγκαταλείψει τη χρήση υπεροξειδίου του υδρογόνου ως καυσίμου τορπιλών μετά την απώλεια του HMS Sidon στο λιμάνι του Πόρτλαντ στις 16 του Ιουνίου του 1955.
Bibliography
Chemical facts
N. N. Greenwood and A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, 2nd ed., Butterworth-Heinemann, 1997, p.633 ff.
F.A. Cotton, G.Wilkinson, C.A.Murillo and M. Bochmann, Advanced Inorganic Chemistry, 6th Edition, John Wiley, 1999, pp 457 ff.
J.E. Macintyre (ed), Dictionary of Inorganic Compounds, Chapman and Hall (CRC Press), London, 1992, entry IC-019426
http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_Peroxide
Activation energies for the decomposition of H2O2; adapted from E. A. Moelwyn-Hughes, The Kinetics of Reactions in Solution, OUP, Second Edition, 1947, p.299 and J.G.Stark and H.G.Wallace, Chemistry Data Book, John Murray, 1975, p. 85.
Uses of hydrogen peroxide
http://www.solvaychemicals.us/HydrogenPeroxide.htm
Wood bleach: http://www.fpl.fs.fed.us/documnts/fplrn/fplrn165.pdf
http://www.cancer.org/docroot/ETO/content/ETO_5_3X_Oxygen_Therapy.asp?sitearea=ETO, (American Cancer Society)
http://www.quackwatch.org/00AboutQuackwatch/altseek.html
The Bombardier Beetle
T.Eisner, M.Eisner and M.Siegler, Secret Weapons: Defenses of Insects, Spiders, Scorpions, and Other Many-Legged Creatures, Belknap Press, Harvard, 2005, pp157-162.
T.Eisner, For Love of Insects, Belknap Press, Harvard, 2003, pp9-43.
T.Eisner and D.J. Aneshansley, Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1999, 96, 9705-9709.
The picture of the bombardier beetle is reproduced from T. Eisner and D.J. Aneshansley, Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 1999, 96, 9705, by kind permission of Professor Thomas Eisner, and the National Academy of Sciences.
Me 163 and U-boats
Brian Johnson, The Secret War, BBC, 1978, pp 278-282.
http://www.rafmuseum.org.uk/messerschmitt-me-163b-1a-komet.htm
http://www.walter-rockets.i12.com/walter/me163a.htm
http://hellmuth-walter.biography.ms/
http://www.dataphone.se/~ms/ubootw/boats_walter-system.htm
http://web.ukonline.co.uk/chalcraft/sm/ww2sm2.html
Kursk disaster
http://news.bbc.co.uk/1/hi/world/europe/4144194.stm
http://www.guardian.co.uk/submarine/story/0,7369,791741,00.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Russian_submarine_Kursk
http://en.wikipedia.org/wiki/Russian_submarine_Kursk_explosion_%282000%29
Peter Truscott, Kursk: Russia's Lost Pride, Simon & Schuster, 2002.
Robert Moore, A Time to Die: The Kursk Disaster, Doubleday, 2002
Peroxide propulsion: http://www.peroxidepropulsion.com/article/2
Chemical facts
N. N. Greenwood and A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, 2nd ed., Butterworth-Heinemann, 1997, p.633 ff.
F.A. Cotton, G.Wilkinson, C.A.Murillo and M. Bochmann, Advanced Inorganic Chemistry, 6th Edition, John Wiley, 1999, pp 457 ff.
J.E. Macintyre (ed), Dictionary of Inorganic Compounds, Chapman and Hall (CRC Press), London, 1992, entry IC-019426
http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_Peroxide
Activation energies for the decomposition of H2O2; adapted from E. A. Moelwyn-Hughes, The Kinetics of Reactions in Solution, OUP, Second Edition, 1947, p.299 and J.G.Stark and H.G.Wallace, Chemistry Data Book, John Murray, 1975, p. 85.
Uses of hydrogen peroxide
http://www.solvaychemicals.us/HydrogenPeroxide.htm
Wood bleach: http://www.fpl.fs.fed.us/documnts/fplrn/fplrn165.pdf
http://www.cancer.org/docroot/ETO/content/ETO_5_3X_Oxygen_Therapy.asp?sitearea=ETO, (American Cancer Society)
http://www.quackwatch.org/00AboutQuackwatch/altseek.html
The Bombardier Beetle
T.Eisner, M.Eisner and M.Siegler, Secret Weapons: Defenses of Insects, Spiders, Scorpions, and Other Many-Legged Creatures, Belknap Press, Harvard, 2005, pp157-162.
T.Eisner, For Love of Insects, Belknap Press, Harvard, 2003, pp9-43.
T.Eisner and D.J. Aneshansley, Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1999, 96, 9705-9709.
The picture of the bombardier beetle is reproduced from T. Eisner and D.J. Aneshansley, Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 1999, 96, 9705, by kind permission of Professor Thomas Eisner, and the National Academy of Sciences.
Me 163 and U-boats
Brian Johnson, The Secret War, BBC, 1978, pp 278-282.
http://www.rafmuseum.org.uk/messerschmitt-me-163b-1a-komet.htm
http://www.walter-rockets.i12.com/walter/me163a.htm
http://hellmuth-walter.biography.ms/
http://www.dataphone.se/~ms/ubootw/boats_walter-system.htm
http://web.ukonline.co.uk/chalcraft/sm/ww2sm2.html
Kursk disaster
http://news.bbc.co.uk/1/hi/world/europe/4144194.stm
http://www.guardian.co.uk/submarine/story/0,7369,791741,00.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Russian_submarine_Kursk
http://en.wikipedia.org/wiki/Russian_submarine_Kursk_explosion_%282000%29
Peter Truscott, Kursk: Russia's Lost Pride, Simon & Schuster, 2002.
Robert Moore, A Time to Die: The Kursk Disaster, Doubleday, 2002
Peroxide propulsion: http://www.peroxidepropulsion.com/article/2
Ένα εξαιρετικά ενδιαφέρον βιβλίο:
www.crcpress.com: Molecules That Amaze Us. Απο τους May και Cotton
Υπο: Simon Cotton, Uppingham School, Rutland, UK.