Charakteristische Merkmale von Wasserstoffperoxid
Im Gegensatz zu vielen anderen Redoxmitteln entsteht bei der Reaktion von Wasserstoffperoxid kein anderer Stoff als Wasser. Überschüssiges Wasserstoffperoxid kann leicht in Wasser und Sauerstoff zerlegt werden, ohne die nachfolgenden Reaktionsschritte zu beeinträchtigen. Wasserstoffperoxid wird oft als „echte grüne Chemikalie“ bezeichnet.
Typische Eigenschaften von Wasserstoffperoxid
Wasserstoffperoxid (H2O2) ist eine farblose wasserlösliche Flüssigkeit. Das Wasserstoffperoxid-Molekül ist asymmetrisch und stark polarisiert. Eine starke Tendenz zur Bildung wasserstoffbrückengebundener Netzwerke erzeugt eine höhere Viskosität als bei Wasser. Aufgrund freier Elektronenpaare an beiden Sauerstoffatomen tendiert das H2O2-Molekül zur Bildung von Donator-Akzeptor-Verbindungen.
Reines Wasserstoffperoxid ist primär lediglich von wissenschaftlichem Interesse. Seine wässrigen Lösungen hingegen werden zum Bleichen von Haaren, Textilien und Wäsche, in der Zellstoff- und Papierindustrie, als Raketentreibstoff, Antiseptikum, Antichlormittel, Saatgutdesinfektionsmittel, als Bleichmittel und Oxidationsmittel in der Lebensmittel- und Fischzucht oder als Ersatz für Chlor in der Wasser- und Abwasseraufbereitung verwendet. Wichtige physikalische Eigenschaften von Wasserstoffperoxid und seiner wässrigen Lösungen sind in der Tabelle zusammengefasst.
Die Molekularstruktur sowie der Oxidationsstatus des Sauerstoffs bestimmen die chemischen Eigenschaften von Wasserstoffperoxid. Das Sauerstoffatom im Oxidationsstatus I ermöglicht die Beteiligung von Wasserstoffperoxid sowohl an Oxidations- als auch an Reduktionsreaktionen. Wenngleich Wasserstoffperoxid als starkes Oxidationsmittel bekannt ist, spielen seine Reduktionseigenschaften in manchen Anwendungen eine wichtige Rolle.
Typische chemische Reaktionen, an denen Wasserstoffperoxid beteiligt ist, sind Oxidations- und Reduktionsreaktionen sowie die Bildung weiterer Persauerstoff- oder Adduktverbindungen. Im Gegensatz zu vielen anderen Redoxmitteln erzeugt Wasserstoffperoxid innerhalb des Reaktionssystems keine weiteren Stoffe als Wasser. Ein Überschuss kann problemlos zu Wasser und Sauerstoff zersetzt werden, ohne sich nachteilig auf die nachfolgenden Reaktionsschritte auszuwirken. Wasserstoffperoxid wird häufig als echte "grüne Chemikalie" bezeichnet.
Trotz seiner hohen Reaktionsfähigkeit ist Wasserstoffperoxid ein stabiler Stoff und kann bei optimalen Bedingungen jahrelang gelagert werden. Die wichtigsten Faktoren für eine erhöhte Zersetzungsrate sind ein hoher pH-Wert, hohe Temperaturen, UV-Strahlung, vorhandene Übergangs-Metallsalze und jegliche Formen von Verunreinigung.
Die Zersetzung von Wasserstoffperoxid zu Sauerstoff und Wasser ist ein relativ komplexer Vorgang, bei dem zahlreiche freie Radikale gebildet werden. In manchen Anwendungen (Bodenaufbereitung) wird die induzierte Instabilität absichtlich herbeigeführt und genutzt.
Die folgenden Tabellenwerte beschreiben die physikalisch-chemischen Eigenschaften salzfreier wässriger Lösungen von Wasserstoffperoxid in Wasser.
Physikalisch-chemische Eigenschaften von wässrigen Wasserstoffperoxid-Lösungen
| H2O2 Konzen- tration* | % (wt.) | 0 | 30 | 35 | 50 | 60 | 70 | 100 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| g(H2O2)/kg | 300 | 350 | 500 | 600 | 700 | |||
| g(H2O2)/l | 332 | 395 | 596 | 742 | 899 | |||
| mol/l | 9,8 | 11,6 | 17,5 | 21,8 | 26,4 | |||
| mol/% | 18,5 | 22,2 | 34,6 | 44,3 | 55,3 | |||
| Wasser stoffperoxid gehalt | % (wt.) | 0 | 14,1 | 16,5 | 23,5 | 28,2 | 32,9 | 47,1 |
| Molekular- gewicht | g/mol | 18,015 | 34,015 | |||||
| Dichte bei 20 °C | g/ml | 0,998 | 1,111 | 1,131 | 1,195 | 1,241 | 1,289 | 1,450 |
| Gefrierpunkt | °C | 0 | -26 | -33 | -52 | -56 | -40 | -0,4 |
| Siedepunkt bei 1013 mbar | °C | 100 | 106 | 108 | 114 | 119 | 125 | 150 |
| Siedepunkt bei 2026 mbar | °C | 132 | 135 | 145 | 152 | 158 | ||
| Siedepunkt bei 3039 mbar | °C | 147 | 150 | 161 | 168 | 176 | ||
| Dampfdruck bei (30 °C) | mbar | 42 | 33 | 32 | 14 | 19 | 15 | 8 |
| mm. Hg. | 31,6 | 25 | 24 | 18 | 14 | 11 | 6 | |
| H₂O₂ Teil- druck | mbar | 0,3 | 0,4 | 0,8 | 1,2 | 1,7 | ||
| Druck bei 30 °C | mm. Hg. | 0,25 | 0,3 | 0,6 | 0,9 | 1,3 | ||
| Spezifische Hitze bei 25 °C | J*g/K | 4,2 | 3,6 | 3,5 | 3,3 | 3,2 | 3,1 | 2,6 |
| Berechnungs- index n25D bei 25 °C | 1,3325 | 1,3519 | 1,3554 | 1,3661 | 1,3734 | 1,3814 | 1,4067 | |
| Viskosität bei 20 °C | mPa*s | 1,00 | 1,11 | 1,12 | 1,18 | 1,21 | 1,23 | 1,25 |
| Oberflächen- spannung bei 20 °C | mN/m | 72,8 | 74,2 | 74,5 | 75,7 | 76,4 | 77,3 | 80,4 |
Die oben angegebenen tabellarischen Werte beschreiben physikalisch-chemische Eigenschaften salzfreier reiner wässriger Wasserstoffperoxid-Lösungen in Wasser.
* Die Wasserstoffperoxidkonzentration kann in Gewichtsprozent, Gramm von 100%igem Wasserstoffperoxid in 1 kg Lösung, Gramm von 100%igem Wasserstoffperoxid in 1 l Lösung und als Molkonzentration oder Molfraktion von Wasserstoffperoxid in Lösung ausgedrückt werden. Die tabellarischen Werte für g(H2O2)/l und mol/l werden für die Temperatur von 25 °C angegeben.