Vrftsjtryk

Strukturformel
Keile zur Verdeutlichung der räumlichen Struktur
Allgemeines
Name	Wasserstoffperoxid
Andere Namen	μ-1κO,2κO′-Dioxidodiwasserstoff Perhydrol Wasserstoffsuperoxid
Summenformel	H2O2
Kurzbeschreibung	farblose, fast geruchlose Flüssigkeit[1]
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 7722-84-1 (wässrige Lösung) EG-Nummer 231-765-0 ECHA-InfoCard 100.028.878 PubChem 784 Wikidata Q171877
Arzneistoffangaben
ATC-Code	A01AB02 D08AX01 S02AA06
Eigenschaften
Molare Masse	34,02 g·mol−1
Aggregatzustand	flüssig
Dichte	1,71 g·cm−3 (−20 °C, Feststoff)[2] 1,45 g·cm−3 (20 °C, rein)[1] 1,11 g·cm−3 (20 °C, 30-prozentig)[1]
Schmelzpunkt	−0,41 °C (rein)[1] −11 °C (90-prozentig)[1] −33 °C (35-prozentig)[1]
Siedepunkt	150,2 °C (rein)[1] 142 °C (90-prozentig)[1] 108 °C (35-prozentig, unter Zersetzung)[1]
Dampfdruck	1,9 hPa (20 °C)[1]
pKs-Wert	11,75 (20 °C)[3] 11,8 (25 °C)[3]
Löslichkeit	mischbar mit Wasser[1]
Sicherheitshinweise
Bitte die Befreiung von der Kennzeichnungspflicht für Arzneimittel, Medizinprodukte, Kosmetika, Lebensmittel und Futtermittel beachten GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP),[4] ggf. erweitert[1] für die wässrige > 70%ige Lösung Gefahr H- und P-Sätze H: 271​‐​302​‐​314​‐​332​‐​335​‐​412 P: 280​‐​305+351+338​‐​310 [5]
MAK	DFG/Schweiz: 0,5 ml·m−3 bzw. 0,71 mg·m−3[1][6]
Thermodynamische Eigenschaften
ΔHf0	−188 kJ·mol−1[7]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Wasserstoffperoxid (H₂O₂) ist eine blassblaue, in verdünnter Form farblose, weitgehend stabile Flüssigverbindung aus Wasserstoff und Sauerstoff. Es ist etwas viskoser als Wasser, eine schwache Säure und gegenüber den meisten Stoffen ein sehr starkes Oxidationsmittel, das als solches heftig mit Substanzen wie etwa Kupfer, Messing, Kaliumiodid reagiert und somit als starkes Bleich- und Desinfektionsmittel fungiert. In hochkonzentrierter Form ist es sowohl als Einzel- als auch als Komponentenraketentreibstoff einsetzbar.

Geschichte |

Wasserstoffperoxid wurde zum ersten Mal 1818 von Louis Jacques Thénard durch Reaktion von Bariumperoxid mit Salpetersäure hergestellt.^[8] Das Verfahren wurde zunächst durch den Einsatz von Salzsäure, dann von Schwefelsäure verbessert. Letzteres eignet sich besonders gut, da das Nebenprodukt Bariumsulfat dabei ausfällt. Thénards Verfahren wurde vom Ende des 19. Jahrhunderts bis in die Mitte des 20. Jahrhunderts benutzt.^[9]

Lange Zeit glaubte man, dass reines Wasserstoffperoxid instabil sei, da Versuche, es vom bei der Herstellung anfallenden Wasser zu trennen, scheiterten. Dies war der Tatsache geschuldet, dass Festkörperspuren und Schwermetallionen zu einem katalytischen Abbau oder gar zu einer Explosion führen. Absolut reines Wasserstoffperoxid wurde erstmals 1894 von Richard Wolffenstein per Vakuumdestillation gewonnen.^[10]

Gewinnung und Herstellung |

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

1.  2 SO42−⟶S2O82−+2 e−{displaystyle mathrm { 2 SO_{4}^{2-}longrightarrow S_{2}O_{8}^{2-}+2 e^{-}} }


2.  S2O82−+2 H2O⟶H2O2+2 HSO4−{displaystyle mathrm { S_{2}O_{8}^{2-}+2 H_{2}Olongrightarrow H_{2}O_{2}+2 HSO_{4}^{-}} }

Heute wird Wasserstoffperoxid technisch durch das Anthrachinon-Verfahren hergestellt. Dazu wird Anthrahydrochinon mit Luftsauerstoff unter Druck zu Wasserstoffperoxid und Anthrachinon umgesetzt. Anthrachinon kann im nächsten Schritt erneut mit Wasserstoff zum Anthrahydrochinon reduziert werden. Die Bruttogleichung lautet:

H2+O2⟶H2O2{displaystyle mathrm {H_{2}+O_{2}longrightarrow H_{2}O_{2}} }

Im Labormaßstab wird Wasserstoffperoxid auch bei der Behandlung von Peroxiden mit Säuren hergestellt. Ein historisch wichtiges Reagenz ist Bariumperoxid, das in einer schwefelsauren Lösung zu Wasserstoffperoxid und Bariumsulfat reagiert.

BaO2+2 H++SO42−⟶H2O2+BaSO4{displaystyle mathrm {BaO_{2}+2 H^{+}+SO_{4}^{2-}longrightarrow H_{2}O_{2}+BaSO_{4}} }

Die molaren Bildungsenthalpien betragen:

• Δ_fH⁰_gas: −136,11 kJ/mol


• Δ_fH⁰_liq: −188 kJ/mol


• Δ_fH⁰_sol: −200 kJ/mol

Eigenschaften |

Physikalische Eigenschaften |

Die Verbindung ist mit Wasser in jedem Verhältnis mischbar. Obwohl die Schmelzpunkte der reinen Komponenten relativ ähnlich sind, werden in Mischungen signifikant niedrigere Schmelzpunkte beobachtet. Dabei wird ein definiert bei −52,1 °C schmelzendes Dihydrat (H₂O₂·2H₂O) gefunden.^[11] Dieses bildet mit den Reinstoffkomponenten zwei Eutektika bei einem Wasserstoffperoxidgehalt von 45,2 Ma% mit −52,4 °C und von 61,2 % mit −56,5 °C.^[11] Wasserstoffperoxid und Wasser bilden kein azeotrop siedendes Gemisch.^[12]

Das H₂O₂-Molekül ist hinsichtlich der beiden O–O–H- Ebenen gewinkelt (Diederwinkel = 90,2±0,6°).^[13] Die O–O-Bindungslänge beträgt 145,3±0,7 pm, die O–H-Bindungslänge 99,8±0,5 pm sowie der O–O–H-Bindungswinkel 102,7±0,3°.^[13] In flüssiger Phase werden wie beim Wasser Wasserstoffbrücken gebildet. Die gewinkelte Struktur und geänderte Wasserstoffbrückenstruktur führt zu einer im Vergleich zu Wasser wesentlich höheren Dichte und etwas höheren Viskosität.

Wasserstoffperoxid ist eine sehr schwache Säure. In Wasser stellt sich das folgende Gleichgewicht ein:

H2O2+H2O⇌ H3O++HO2−{displaystyle mathrm {H_{2}O_{2}+H_{2}Orightleftharpoons H_{3}O^{+}+HO_{2}^{-}} }

Die Säurekonstante beträgt K_S = 1,6·10⁻¹² bzw. pK_S = 11,8.^[14]

Chemische Eigenschaften |

Wasserstoffperoxid neigt dazu, in Wasser und Sauerstoff zu zerfallen. Insbesondere bei hochkonzentrierten Lösungen und bei Kontakt mit Metalloberflächen beziehungsweise der Gegenwart von Metallsalzen und Oxiden kann eine spontane Zersetzung erfolgen. Dabei wird eine Energie von 98,20 kJ/mol freigesetzt:^[2]

2 H2O2⟶2 H2O+O2{displaystyle mathrm {2 H_{2}O_{2}longrightarrow 2 H_{2}O+O_{2}} }

Disproportionierung zweier Moleküle Wasserstoffperoxid zu Wasser und Sauerstoff.

Diese Zersetzungsreaktion wird unter anderem durch Schwermetallionen, I⁻- und OH⁻-Ionen katalysiert. Daher werden H₂O₂-Lösungen im Handel mit Stabilisatoren (unter anderem Phosphorsäure) versetzt.^[15] Es ist ein starkes Oxidationsmittel. Unter Verminderung der Oxidationsstufe von −I auf −II entstehen als Reaktionsprodukte nur Wasser und Sauerstoff. Schwer abzutrennende oder störende Nebenprodukte fallen nicht an, was seine Anwendung im Labor vereinfacht.

Abhängig von der Lage beider Redox-Potentiale kann H₂O₂ auch als Reduktionsmittel wirken, so wird im Sauren das Mn^VII (im Kaliumpermanganat) reduziert^[16].

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

Biologische Eigenschaften (Physiologie) |

Wasserstoffperoxid verursacht charakteristische Wunden, die verzögert sichtbar werden und allmählich stechende Schmerzen verursachen.

Wasserstoffperoxid wirkt stark ätzend, besonders als Dampf. Falls man Wasserstoffperoxid auf die Haut bekommt, sollte man die Stelle mit Wasser gut spülen (Verdünnung) oder das Wasserstoffperoxid zumindest sofort von der Haut entfernen. Dringt es in die Haut ein, so zersetzt es sich dort rasch, und die entstehenden Sauerstoffbläschen lassen die Haut weiß erscheinen.

Allgemein wirkt Wasserstoffperoxid zytotoxisch und durch seine starke Toxizität gegenüber vielen prokaryotischen Kleinstlebewesen desinfizierend.

Wasserstoffperoxid entsteht bei zahlreichen biochemischen Prozessen. Im biologischen Kreislauf entsteht es durch die oxidative Metabolisierung von Zucker. Der Organismus schützt sich gegen seine toxische Wirkung mittels Enzymen – Katalasen, Peroxidasen, die es wieder zum ungiftigen O₂ und H₂O zersetzen.

Die weibliche Eizelle produziert nach der Befruchtung durch ein Spermium kurzzeitig Wasserstoffperoxid in geringer Konzentration, sodass andere Spermien abgetötet werden.

Zudem stellt Wasserstoffperoxid ein Signalmolekül für die Induktion der pflanzlichen Abwehr von Pathogenen dar (Aspekt der Zytotoxizität).

Graufärbung von Haaren im Alter |

Deutsche und britische Forscher gaben in einer Studie im März 2009 bekannt, dass die „Graufärbung“ (eigentlich Weißfärbung) von Haaren im Alter Folge eines geringeren Abbaus von Wasserstoffperoxid in den Haaren ist. Man konnte im Laborversuch zeigen, dass Wasserstoffperoxid die Funktion des Enzyms Tyrosinase behindert, das für die Melaninproduktion benötigt wird. Dies geschieht durch Oxidation der in der Tyrosinase enthaltenen Aminosäure Methionin.^[17]

Verwendung |

Hochkonzentrierte Lösungen von Wasserstoffperoxid können sich spontan unter Explosion zersetzen, daher sind im Handel maximal zwölfprozentige Lösungen in Wasser frei erhältlich.^[18] Ab einer Konzentration von 12 % besteht ein Abgabeverbot an private Endverbraucher^[19]; es besteht zudem bei verdächtigen Transaktionen oder Diebstahl Meldepflicht an das zuständige Landeskriminalamt. Für den Industriebedarf gibt es wässrige Lösungen mit Konzentrationen von bis zu 70 Prozent H₂O₂.

Bleichmittel |

Wasserstoffperoxid ist ein Bleichmittel. Weltweit die häufigste Anwendung ist das Bleichen von Zellstoff. Zellstoff wird aus Holz gewonnen, und das enthaltene Lignin gibt dem Zellstoff einen Gilbton, der bei der Hauptverwendung von Zellstoff für Papier und Papiererzeugnisse als störend empfunden wird.

Im Handwerk werden Hölzer bei der Restaurierung oder der Renovierung mit Wasserstoffperoxid gebleicht und dadurch aufgehellt.

Es kommt beim Blondieren sowie Färben, Tönen und Intensivtönen und zur Fixierung dauerhafter Umformungen (Dauerwelle und Volumenwelle) sowie zum Fixieren permanenter Glättung von Haaren zum Einsatz. Ein sehr heller, künstlicher Blondton wird daher „wasserstoffblond“ genannt (noch deutlicher wird der Zusammenhang in der englischen Bezeichnung peroxide blonde).

In der Zahnmedizin wird es in unterschiedlichen Konzentrationen zum Bleichen von Zähnen verwendet.

Häufig wird es als an Carbamid gebundenes Peroxid eingesetzt.

Wasserstoffperoxid und wasserstoffperoxidhaltige Bleichmittel, wie etwa ein Peroxyessigsäure-Wasserstoffperoxid-Gemisch, werden in der Werbesprache auch mit dem Kunstwort „Aktiv-Sauerstoff“ bezeichnet. Außer dem Wasserstoffperoxid kommen für Bleichzwecke auch andere Peroxide in Frage, die beim Zutritt von Wasser zerfallen und den aktiven (atomaren) Sauerstoff abgeben.

Auch bei der Tierpräparation wird es verwendet, um bei Tierschädeln den Knochen weiß zu bleichen.

Wasseraufbereitung |

Bei der Einwirkung von UV-Strahlen auf Wasserstoffperoxid wird das Hydroxyl-Radikal, ein wesentlich stärkeres Oxidationsmittel als das Peroxid selbst, gebildet. Nachfolgend die Gleichung für die Bildung:

HOOH →UV−Licht 2 ⋅OH{displaystyle mathrm {HOOH {xrightarrow {UV-Licht}} 2 {cdot }OH} }

Diese starke Oxidationswirkung wird in der Wasseraufbereitung zum Abbau organischer Verunreinigungen verwendet. Als Beispiel das sogenannte UVOX-Verfahren (UV-Licht und OXidation), mit dem das Herbizid Atrazin und sein Abbauprodukt Desethylatrazin oder auch andere toxische Inhaltsstoffe aus dem Trinkwasser sicher entfernt werden können.^[20] Durch diese „nasse Verbrennung“ des Atrazin werden nur Abbauprodukte wie Wasser, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid und Stickstoff gebildet, und es tritt keine zusätzliche Aufsalzung des Wassers auf. Zudem ersetzt diese Methode die Verwendung von Aktivkohle, die deutlich kostenintensiver ist.

Desinfektion und Sterilisation |

Eine dreiprozentige Lösung Wasserstoffperoxid wird zur Desinfektion, auch im Haushaltsbereich, eingesetzt. Einsatzbeispiele sind Mund- und Rachenraum (zur Mundspülung wird es auf 0,3 Prozent verdünnt), die Zahnmedizin, die Desinfektion von Kontaktlinsen in Reinigern, die Entkeimung von Packstoffen oder die Desinfektion der Hände in Krankheitsfällen. Demgemäß kommt es in Gesichtscremes zum Einsatz: zur Reinigung der Poren und der Bekämpfung von Pickeln und Hautverunreinigungen. Auch bei der Reinigung von industriellen Abwässern und in der Schwimmbadtechnik erfolgt damit die Desinfektion des Wassers.

Die 35-prozentige Lösung von Wasserstoffperoxid wird in der Lebensmittelindustrie in aseptischen Abfüllanlagen zur Sterilisation von PET-Flaschen, Kunststoffbehältern und den typischen mehrschichtigen Kartonverpackungen verwendet. Zahlreiche Lebensmittel (Getränke, Milch, Milchprodukte, Soßen, Suppen) werden heute zur besseren Haltbarkeit und Produktqualität in Kartons, Becher, Flaschen und Folien aseptisch abgepackt. Dabei wird das Verpackungsmaterial mit 35-prozentigem Wasserstoffperoxid desinfiziert, bevor das jeweilige Lebensmittel eingefüllt wird.

Ein weiteres Anwendungsgebiet ist der Einsatz von gasförmigem H₂O₂ zur Reinraumdekontamination. Dazu wird eine üblicherweise 35-prozentige Lösung in einem speziellen Apparat verdampft und in den zu dekontaminierenden Bereich (Raum, Kammer usw.) geblasen.

Die hohe bakterizide Wirkung von H₂O₂, die Umweltverträglichkeit und die gute technische Realisierbarkeit sind die Gründe für die weite Verbreitung dieses Verfahrens.

Ein anderes Verfahren zur Raumdesinfektion mit Wasserstoffperoxid stellt die Kaltverneblung dar. Dabei wird Wasserstoffperoxid mit Silberionen in ein Aerosol überführt und je nach Konzentration (ab 3 %) über einen kurzen festgesetzten Zeitraum mit einem Aerosolerzeuger im Raum verteilt. Die Aerosole haben eine Tröpfchengröße von 2–10 µm. Der Kaltnebel verteilt sich gleichmäßig im Raum und bewirkt eine Raum-, Luft- und Flächendesinfektion. Nach der Nebelphase tritt die Gasphase ein. Das Medium durchmischt sich mit dem Medium Luft und bewirkt eine holotische Dekontamination. Die Apparatur (Generator) zur Verneblung sowie das spezielle Verfahren müssen im Vorfeld zur Wirksamkeit validiert werden.

Sauerstoffzuführung |

Wasserstoffperoxid kann in Aquarien zum Zuführen von Sauerstoff benutzt werden. Die Sauerstofferzeugung geschieht in einem Oxidator. Dazu wird in einem Gefäß im Aquarium Wasserstoffperoxid mit Hilfe eines Katalysators in Wasser und Sauerstoffradikale gespaltet.

Gegen Schimmelbefall |

Bei der Innenrenovierung kann Schimmelpilz­befall mit Wasserstoffperoxid bekämpft werden. Dabei wirkt es desinfizierend sowohl gegen die biologisch aktiven Pilzzellen – als Fungizid – als auch gegen die „Konidien“ genannten Sporen der Schimmelpilze.

Durch die bleichende Wirkung entfernt es auch „optisch“ die Rückstände des Schimmelbelags von porösen Untergründen. Wasserstoffperoxid hat gegenüber Alkohol oder Chlorbleichlauge einige Vorteile, da es im Gegensatz zu Alkohol unbrennbar ist, bleichende Wirkung hat und im Gegensatz zu Chlorbleichlauge keine chlorierten Nebenprodukte hinterlässt.

Medizin |

In der Zahnmedizin wird H₂O₂ als dreiprozentige wässrige Lösung zur lokalen Desinfektion des Zahngewebes und zur Blutstillung bei kleineren Eingriffen verwendet. In der Medizin und Notfallmedizin kann die Substanz zur Desinfektion von Oberflächen, Instrumenten, Haut und Schleimhaut verwendet werden. Bei der Reinigung von Wunden kommt Wasserstoffperoxid heutzutage zwar noch vereinzelt zum Einsatz, hat aber seine traditionell bedingte Bedeutung inzwischen verloren, denn es wird innerhalb der Wunde bei Kontakt mit roten Blutkörperchen unter Aufschäumen schnell inaktiviert und entfaltet daher seine Wirkung nur kurz.^[21]

Bei der Präparation von Knochen dient Wasserstoffperoxid zum Bleichen und Desinfizieren.

Seit geraumer Zeit wird ein Verfahren zum Sterilisieren von bestimmten Medizinprodukten und chirurgischen Instrumenten angewandt, in dem H₂O₂ als Prozesschemikalie Verwendung findet (H₂O₂-Plasmaverfahren). Besonders bei thermolabilen Produkten bringt es Vorteile gegenüber der Dampfsterilisation. Es kann z. B. im Vakuum bei Raumtemperatur verdampft und zusätzlich ionisiert werden.^[22]

Zudem wird H₂O₂ zur Desinfektion von Piercings verwendet. Dort soll es die betroffene Stelle desinfizieren und eine mögliche Blutung gerinnen lassen, wodurch ein schnellerer Heilprozess eintreten soll.

Landwirtschaft |

In der Landwirtschaft wird Wasserstoffperoxid zur Desinfektion in Gewächshäusern und zur Sauerstoffanreicherung in Nährlösungen von Hydrokulturen benutzt.
Wasserstoffperoxid wird auch zur Desinfektion von Tränkeleitungssystemen oder Stalleinrichtungen zum Beispiel in der Schweinehaltung verwendet.

Biologie |

Für die Bestimmung von Bakterienkulturen wird der Katalase-Test mit dreiprozentiger Wasserstoffperoxidlösung durchgeführt. Die meisten aeroben und fakultativ anaeroben Bakterien wie auch Pilze haben das Enzym Katalase, das imstande ist, das für die Zellen giftige H₂O₂ zu spalten.

Experimentell wird Wasserstoffperoxid in der Biologie zur Herbeiführung des programmierten Zelltodes von isolierten eukaryotischen Zellen genutzt.

Forensik |

Wasserstoffperoxid wurde in der Forensik zum Nachweis von Blut verwendet. Louis Jacques Thénard entdeckte 1818, dass Hämoglobin Wasserstoffperoxid zersetzt. Christian Friedrich Schönbein entwickelte daraus 1863 einen Test auf Blut. Heute wird jedoch der empfindlichere Kastle-Meyer-Test zum Nachweis von Blut verwendet.

Ätzmittel |

In der Mikroelektronik benutzt man das Gemisch von Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid – „Piranha“ genannt – zur Reinigung der Oberfläche von Wafern und zur Erzeugung einer dünnen, etwa drei bis vier Nanometer dicken hydrophilen Oxidschicht auf den Wafern. Heutzutage ist die Bezeichnung „SPM“ (Sulfuric Peroxide Mixture) geläufiger. Die Hauptanwendung ist das Entfernen von Fotolacken auf Wafern.

Bei der Herstellung von gedruckten Leiterplatten (Platinen) werden konzentrierte Wasserstoffperoxid-haltige Kupferchlorid-Ätzbäder zum Entfernen des Kupfers verwendet:

Cu+CuCl2⟶2 CuCl{displaystyle mathrm {Cu+CuCl_{2}longrightarrow 2 CuCl} }.

Elementares Kupfer reagiert mit Kupfer(II)-chlorid zu Kupfer(I)-chlorid. Es handelt sich hierbei um eine Komproportionierung.

Zur Regeneration der Kupferchlorid-Ätzbäder wird Wasserstoffperoxid zusammen mit Salzsäure eingesetzt:

2 CuCl+2 HCl+H2O2⟶2 CuCl2+2 H2O{displaystyle mathrm {2 CuCl+2 HCl+H_{2}O_{2}longrightarrow 2 CuCl_{2}+2 H_{2}O} }.

Durch Reaktion des Kupfer(I)-chlorid mit Wasserstoffperoxid und Salzsäure wird das Kupfer(II)-chlorid regeneriert. Das Kupferatom wird dabei oxidiert.

Dabei werden die Wasserstoffperoxid- und Salzsäurezugabe über das Redoxpotential gesteuert; die hier verwendeten Fotolacke sind stabil gegen Wasserstoffperoxid.

Raketen-/Torpedotriebwerke |

Als Sauerstofflieferant wird H₂O₂ durch Zersetzung (vorzugsweise über Braunstein) in U-Booten eingesetzt. In konzentrierter Form kam es bei Raketenantrieben bei Max Valier und der Messerschmitt Me 163 zum Einsatz, außerdem bei U-Boot-Antrieben (Walter-U-Boot). Mit Hilfe von Kaliumpermanganat zersetztes Wasserstoffperoxid wurde als Treibgas für die Treibstoffpumpen (370 kW Leistung) der Rakete A4 (auch bekannt als „Wunderwaffe V2“) verwendet.

In britischen Raketen (z. B. Black Arrow) wurde unzersetztes 85-prozentiges Wasserstoffperoxid als bei Normaltemperatur flüssiger Sauerstoffträger benutzt und mit Kerosin verbrannt, mit dem es hypergolisch reagierte.^[23]

Eine der Thesen zum Untergang des russischen Atom-U-Boots K-141 Kursk im Jahre 2000 besagte, dass Wasserstoffperoxid aus einem Tank eines Torpedos drang, mit Eisenoxid im Abschussrohr reagierte und sich entzündete. Der Torpedo explodierte und verursachte ein verheerendes Feuer.

Ein derartiges Treibstoffgemisch (85–98 % Wasserstoffperoxid) für Raketen und Torpedos wird im Englischen auch als HTP (High Test Peroxide) bezeichnet.

Wasserstoffperoxid neigt zu unkontrollierter Zersetzung. So starben am 16. Juli 1934 Kurt Wahmke und zwei 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.

Brandgefahr kann in geeigneter Verbindung mit Eisenspänen und Putzlappen entstehen; die Unfallverhütungsvorschriften schreiben deshalb Vorsichtsmaßnahmen bei der Prozesswasseraufbereitung in metallverarbeitenden Betrieben vor.

Sprengstoffherstellung |

Durch die Peroxidgruppe ist die Verbindung energiereich und zerfällt unter Sauerstofffreigabe. Wasserstoffperoxid reagiert in Anwesenheit eines geeigneten Katalysators mit Aceton zu Acetonperoxid, das ein Triaceton-Triperoxid ist und als Sprengstoff mit TATP bezeichnet wird. Unter Verwendung von Wasserstoffperoxid wird auch der Sprengstoff Hexamethylentriperoxiddiamin (HMTD) hergestellt.

Analytik |

Klassische qualitative und quantitative Analytik |

Diese klassischen Methoden verlieren wegen ihrer geringen Nachweisgrenzen und ihrer Umständlichkeit ihre Bedeutung in der Laborpraxis.

Nachweis als blaues Chromperoxid (CrO(O₂)₂)

Chromtrioxid CrO₃ wird im stark sauren Bereich (pH<0) durch Wasserstoffperoxid zum tiefblau gefärbten und etherlöslichen Chrom(VI)-peroxid umgesetzt. Dazu wird Kaliumdichromat im Reagenzglas mit verdünnter Schwefelsäure angesäuert und mit etwas Ether überschichtet. Bei Anwesenheit von H₂O₂ färbt sich die Etherphase bläulich. Wegen der Verwendung giftiger und karzinogener Chrom(VI)-Verbindungen ist dieser Test heute nur noch von akademischem Interesse.

Nachweis als gelbes Peroxotitanyl(IV)-Ion

Der Nachweis als Titangelb (nicht zu verwechseln mit dem gleichnamigen organischen Reagenz) ist sehr empfindlich. Titan(IV)-Ionen reagieren mit Spuren von Wasserstoffperoxid zu intensiv orangegelb gefärbten Peroxotitanyl-Komplexionen.

Redox-Titration mit Kaliumpermanganat

Die Konzentration von Wasserstoffperoxid in schwefelsaurer wässriger Lösung kann mit Kaliumpermanganat titrimetrisch ermittelt werden. Ist stattdessen Salzsäure vorhanden, wird Reinhardt-Zimmermann-Lösung hinzugefügt. Der Titration liegt folgende Reaktion zu Grunde:

2 MnO4− + 5 H2O2 + 6 H+⟶ 2 Mn2+ + 5 O2 + 8 H2O{displaystyle mathrm {2 MnO_{4}^{-} + 5 H_{2}O_{2} + 6 H^{+}longrightarrow 2 Mn^{2+} + 5 O_{2} + 8 H_{2}O} }

Der Farbumschlag erfolgt von farblos bis zur schwachen Rosafärbung, die für eine Minute bestehen bleiben sollte. Der Verbrauch von 1 ml KMnO₄-Lösung (0,02 mol/l = 0,1N) entspricht 1,701 mg H₂O₂. Auf diesem Weg können auch Verbindungen titriert werden, die in schwefelsaurer Lösung H₂O₂ abspalten, wie Peroxide, Perborate oder Percarbonate.^[24]

Nachweis mit Iodidstärke-Papier

Iodid-getränktes und stärkehaltiges Filterpapier zeigt bereits geringe Peroxidmengen durch Blaufärbung an. Hierbei oxidiert das Peroxid das Iodid zu Iod, das wiederum mit Stärke zusammen einen charakteristischen blauen Komplex bildet.

Instrumentelle quantitative Analytik |

Optische Methoden |

Photometrie

Das Oxidationsvermögen von H₂O₂ ermöglicht eine Vielzahl von (zum Teil enzymatisch katalysierten) chromogenen Reaktionen. Dadurch sind photometrische oder reflektometrische Bestimmungen von H₂O₂ möglich. Eine der bewährtesten Oxidationsreaktionen ist die „Trinder-Reaktion“ von Phenol mit 4-Aminoantipyrin zu einem violetten Farbstoff. Die Absorbanz ist proportional zur Analytkonzentration und kann bei 510 Nanometer gemessen werden.^[25] Chemische Modifikationen der Reagenzien erlauben auch eine Messung bei Wellenlängen von 550 und 750 Nanometer. Mit dieser Methode konnte eine Nachweisgrenze von 1 µmol erzielt werden.^[26]

Fluorometrie

Eine der wohl wichtigsten Nachweismethoden für Wasserstoffperoxid ist die Peroxidase-katalysierte Oxidation von Amplex Red durch H₂O₂ zu Resorufin. Resorufin zeigt nach Anregung bei 535 Nanometer eine deutliche Fluoreszenz bei 590 Nanometer, während Amplex Red nicht fluoresziert. Die Wasserstoffperoxidkonzentration kann so mit einer Nachweisgrenze von 5 nmol/l bestimmt werden.^[27]

Amperometrische Sensorik |

Amperometrische Sensoren zum Nachweis von Wasserstoffperoxid sind schon länger bekannt. Das Messprinzip beruht darauf, dass Wasserstoffperoxid an einer Arbeitselektrode bei einem konstanten Potential entweder kathodisch reduziert oder anodisch oxidiert wird.^[28] Der resultierende Strom ist dabei proportional zur Konzentration des H₂O₂. Das Potential für die kathodische Reduktion liegt meist zwischen −100 und –200 mV und das Potentialfenster für die anodische Oxidation reicht von 600 bis 800 mV bezogen auf eine Ag/AgCl-Referenzelektrode.^[29]

Ein weiterer Ansatz ist die Immobilisierung von Enzymen (etwa der Meerrettichperoxidase) auf einer Kompositschicht aus Kohlenstoffnanoröhren und Chitosan.^[30] Mit diesen Biosensoren wurde eine Nachweisgrenze von 10,3 µmol/l erzielt.^[31] Eine zunehmend wichtigere Rolle spielen biomimetische, nichtenzymatische Sensoren auf Basis von magnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln. Diese übernehmen die katalytische Funktion der Peroxidase und ermöglichen eine Nachweisgrenze von 3,6 µmol/l.^[32][33] Weitere Sonden bedienen sich sogenannter Mn-NTA-Nanodrähte (Mangan-Nitrilotriacetat-Komplex), die amperometrisch die elektrochemische Oxidation des Wasserstoffperoxids verfolgen. Es wurde eine Nachweisgrenze von 0,2 µmol/l beschrieben.^[34]

Literatur |

• Werner R. Thiel: Neue Wege zu Wasserstoffperoxid: Alternativen zu etablierten Prozessen? In: Angewandte Chemie. 111, Nr. 21, 1999, S. 3349–3351 (doi:10.1002/(SICI)1521-3757(19991102)111:21<3349::AID-ANGE3349>3.0.CO;2-P).


• Heribert Offermanns, Gunther Dittrich, Norbert Steiner: Wasserstoffperoxid in Umweltschutz und Synthese. In: Chemie in unserer Zeit. 34, Nr. 3, 2000, S. 150–159 (doi:10.1002/1521-3781(200006)34:3<150::AID-CIUZ150>3.0.CO;2-A).

Weblinks |

• 
  Wasserstoffperoxid in Zahnbleichmitteln (Kurzfassung eines Berichts des Wissenschaftlichen Ausschusses „Konsumgüter“ der Europäischen Kommission)


• ESO: Wasserstoffperoxid im Weltraum entdeckt 6. Juli 2011

Einzelnachweise |

1. 
   ↑ ^{abcdefghijklm} Eintrag zu Wasserstoffperoxid in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 1. Februar 2016 (JavaScript erforderlich).
   


2. 
   ↑ ^ab Eintrag zu Wasserstoffperoxid. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 1. Juli 2012.
   


3. 
   ↑ ^ab D’Ans-Lax: Taschenbuch für Chemiker und Physiker, 3. Auflage, Band 1, Springer-Verlag, Berlin-Göttingen-Heidelberg 1967 (ChemieOnline – pK_b- und pK_s-Werte), abgerufen am 27. April 2012.
   


4. 
   ↑ Eintrag zu Hydrogen peroxide im Classification and Labelling Inventory der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA), abgerufen am 1. Februar 2016. Hersteller bzw. Inverkehrbringer können die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnung erweitern.
   


5. 
   ↑ Datenblatt Hydrogen peroxide solution bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 8. Mai 2017 (PDF).
   


6. 
   ↑ Schweizerische Unfallversicherungsanstalt (SUVA): Grenzwerte am Arbeitsplatz 2015 – MAK-Werte, BAT-Werte, Grenzwerte für physikalische Einwirkungen, abgerufen am 2. November 2015.
   


7. 
   ↑ PAETEC-Formelsammlung Ausgabe 2003, S. 116.
   


8. 
   ↑ Louis Jacques Thénard in: Annales de chimie et de physique. 8, 1818, S. 308.
   


9. 
   ↑ Craig W. Jones: Applications of Hydrogen Peroxide and Derivatives. Royal Society of Chemistry, Cambridge 1999, ISBN 978-1-84755-013-2.
   


10. 
    ↑ Richard Wolffenstein: Concentration und Destillation von Wasserstoffsuperoxyd. In: Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. 27, Nr. 3, 1894, S. 3307–3312, doi:10.1002/cber.189402703127.
    


11. 
    ↑ ^ab Foley, W.T.; Giguere, P.A.: Hydrogen peroxide and its analogues II. Phase equilibrium in the system hydrogen peroxide-water. In: Canadian Journal of Chemistry. 29, 1959, S. 123–132, doi:10.1139/v51-016.
    


12. 
    ↑ ^ab Goor, G.; Glenneberg, J.; Jacobi, S.: Hydrogen peroxide in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2007 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, doi:10.1002/14356007.a13_443.pub2.
    


13. 
    ↑ ^ab Busing, W.R.; Levy, H.A.: Crystal and Molecular Structure of Hydrogen Peroxide: A Neutron‐Diffraction Study in J. Chem. Phys. 42 (1965) 3054–3059, doi:10.1063/1.1696379.
    


14. 
    ↑ L. Kolditz: Anorganische Chemie, VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften, Berlin 1983, S. 459.
    


15. 
    ↑ Eberhard Schweda: Jander / Blasius, Anorganische Chemie I, 17. Auflage, 2012, S. 202.
    


16. 
    ↑ Holleman-Wiberg Lehrbuch der Anorganischen Chemie 91.-100. Auflage 1985 de Gruyter-Verlag S. 468
    


17. 
    ↑ J. M. Wood u. a.: Senile hair graying: H2O2-mediated oxidative stress affects human hair color by blunting methionine sulfoxide repair. In: The FASEB Journal. 23, Nr. 7, S. 2065–2075, doi:10.1096/fj.08-125435.
    


18. 
    ↑ Apotheker Management: Abgabe von Gefahrstoffen im Kundenverkehr
    


19. 
    ↑ Verordnung (EU) Nr. 98/2013 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 15. Januar 2013 über die Vermarktung und Verwendung von Ausgangsstoffen für Explosivstoffe Text von Bedeutung für den EWR. 32013R0098, 9. Februar 2013 (europa.eu [abgerufen am 11. November 2018]). 
    


20. 
    ↑ K. H. Pettinger, B. Wimmer, D. Wabner: Atrazinentfernung aus Trinkwasser durch UV-aktiviertes Wasserstoffperoxid. In: Das Gas- und Wasserfach. Ausgabe Wasser, Abwasser. 132, Nr. 10, 1991, S. 553–557.
    


21. 
    ↑ Vasel-Biergans, Probst: Wundversorgung für die Pflege, wissenschaftliche Verlagsgesellschaft Stuttgart (2011), Stuttgart 2. Aufl., S. 157.
    


22. 
    ↑ Deutscher Bundestag – Drucksache 13/1049 vom 4. April 1995
    


23. 
    ↑ Bernd Leitenberger: Von der Diamant zur Ariane 4. Europas steiniger Weg in den Orbit. Books on Demand, Norderstedt 2009, ISBN 3-8370-9591-6 (Europäische Trägerraketen. Band 1), S. 63–64.
    


24. 
    ↑ Jander/Jahr: Maßanalyse, 15. Auflage, de Gruyter, Berlin 1989, S. 168.
    


25. 
    ↑ P. Trinder: Determination of glucose in blood using glucose oxidase with an alternative oxygen acceptor. In: Annals of Clinical Biochemistry. 6, 1969, S. 24–27.
    


26. 
    ↑ M. Mizoguchi, M. Ishiyama, M. Shiga: Water-soluble chromogenic reagent for colorimetric detection of hydrogen peroxide–an alternative to 4-aminoantipyrine working at a long wavelength. In: Analytical Communications. 35, 1998, S. 71–74, doi:10.1039/a709038b.
    


27. 
    ↑ A. Zhu, R. Romero, H. R. Petty: A sensitive fluorimetric assay for pyruvate. In: Analytical Biochemistry. 396, Nr. 1, 2010, S. 146–151, doi:10.1016/j.ab.2009.09.017.
    


28. 
    ↑ Joseph Wang: Analytical Electrochemistry. 3. Auflage. Wiley-VCH, Hoboken 2006, ISBN 978-0-471-79030-3.
    


29. 
    ↑ Joseph Wang: Electrochemical Glucose Biosensors. In: Chemical Reviews. 108, Nr. 2, 2008, S. 814–825, doi:10.1021/cr068123a.
    


30. 
    ↑ Joseph Wang: Carbon-Nanotube Based Electrochemical Biosensors: A Review. In: Electroanalysis 17, Nr. 1, 2005, S. 7–14, doi:10.1002/elan.200403113.
    


31. 
    ↑ Lei Qiana, Xiurong Yang: Composite film of carbon nanotubes and chitosan for preparation of amperometric hydrogen peroxide biosensor. In: Talanta. 68, Nr. 3, 2006, S. 721–727, doi:10.1016/j.talanta.2005.05.030.
    


32. 
    ↑ G. S. Lai, H. L. Zhang, D. Y. Han: Amperometric hydrogen peroxide biosensor based on the immobilization of horseradish peroxidase by carbon-coated iron nanoparticles in combination with chitosan and cross-linking of glutaraldehyde. In: Microchimica Acta. 165, Nr. 1–2, 2009, S. 159–165, doi:10.1007/s00604-008-0114-2.
    


33. 
    ↑ Qing Chang u. a.: Determination of hydrogen peroxide with the aid of peroxidase-like Fe₃O₄ magnetic nanoparticles as the catalyst. In: Microchimica Acta. 165, Nr. 3–4, 2009, S. 299–305, doi:10.1007/s00604-008-0133-z.
    


34. 
    ↑ S. Liu u. a.: A novel non-enzymatic hydrogen-peroxide sensor based on Mn-nitrilotriacetate acid (Mn-NTA) nanowires. In: Talanta. 81, Nr. 1–2, 2010, S. 727–731, doi:10.1016/j.talanta.2009.12.057.
    

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