Il primo metodo industriale messo a punto per la produzione del perossido
di idrogeno prevedeva l’ossidazione elettrolitica dello ione idrogenosolfato
a perossibisolfato seguita da due reazioni di idrolisi a produrre acido
perossimonosolforico e quindi da questo acqua ossigenata come segue:
2HSO4– + 2H2O 
S2O82- + 2H3O+
+ 2e–
S2O82- + H2O
HSO4– + HSO5–
HSO5– + H2O
HSO4– + H2O2
Oggi, di fatto, il 100% della produzione di perossido di
idrogeno viene effettuata con il metodo dell’antrachinone. Si tratta
di un metodo catalitico in cui l’antrachinone (molecola organica)
viene ridotta in solvente organico ad antrachinolo utilizzando idrogeno
e nickel Raney come catalizzatore. L’antrachinolo viene estratto
da un flusso d’aria e qui riossidato ad antrachinone da parte dell’ossigeno
molecolare a dare perossido di idrogeno all’1% circa. H2O2
viene quindi estratta in acqua e concentrata al 30% in peso. Il processo
è qui illustrato:
AQ + H2
H2AQ
H2AQ + O2
AQ + H2O2
(AQ = Antrachinone; H2AQ = Antrachinolo)
In laboratorio, il perossido di idrogeno viene preparato
trattando con acido solforico una sospensione di perossido di bario in
acqua. Si produce perossido di idrogeno e solfato di bario il quale è
insolubile e viene separato dalla soluzione per filtrazione. In alternativa,
può essere utilizzata CO2, che in acqua dà ioni
carbonato, come agente precipitante per lo ione Ba2+ (BaCO3
è insolubile).
Se viene utilizzato acido solforico, deve essere prestata
attenzione a non utilizzare acido solforico concentrato (generalmente
al 96%) in quanto reagisce violentemente con acqua. Deve essere impiegato
invece acido solforico diluito (almeno 1:4). Inoltre va prestata attenzione
ad aggiungere la quantità stechiometrica di acido poiché
un eccesso di quest’ultimo favorirebbe la decomposizione del perossido
di idrogeno. Questo problema non esiste se si utilizza CO2
in quanto si libera come gas dall’ambiente di reazione.
Qui di seguito è riportata la preparazione di H2O2
mediante CO2. Quest’ultima si produce facilmente in un
recipiente di reazione da carbonato di sodio e acido solforico diluito,
e può essere gorgogliata dentro la sospensione di perossido di
bario mediante un tubicino di gomma e una pipetta Pasteur.
Preparazione di una soluzione di perossido di idrogeno
ATTENZIONE: La massima concentrazione di H2O2
ottenibile con procedure standard è 30% in peso (circa 14.5 M).
Soluzioni concentrate di perossido di idrogeno sono caustiche. Sono esplosive
se concentrate e se entrano in contatto con polvere metallica o altri
agenti riducenti. Prima di ogni preparazione, documentarsi accuratamente
sui rischi connessi all’utilizzo di ogni reagente e prodotto e sulle
procedure impiegate.
Preparare una sospensione di perossido del bario (BaO2)
mescolando l’equivalente di un cucchiaino da caffè del solido
in 25 mL di acqua distillata e aggiungere alla sospensione un piccolo
cubetto di ghiaccio secco (CO2 solido). La miscela deve essere
agitata in modo da mantenere in sospensione il perossido del bario altrimenti
non si osserverà nessuna reazione. La reazione tra un gas (CO2)
e un solido non è particolarmente rapida e quindi si deve attendere
alcuni minuti (10-15 minuti o, se possibile, anche di più). In
alternativa si può far gorgogliare CO2 gassosa nel recipiente
di reazione. In tal caso, ricordarsi di mantenere freddo il recipiente
del perossido di bario mediante bagno di ghiaccio. Al termine della reazione,
filtrare il precipitato insolubile. La rimozione della CO2
in eccesso può essere eseguita portando il filtrato all’ebollizione
per 10 minuti.
Come test per la presenza di perossido di idrogeno, in
una provetta aggiungete ad alcuni ml di soluzione, poco permanganato di
potassio e una goccia di acido solforico diluito (si osserva la scomparsa
della colorazione rosa-violetto). In alternativa, aggiungete KI alla soluzione
osservando lo sviluppo di un colore giallo marroncino (I2).
Bibliografia:
Hazards in the chemical laboratory – 5th ed., (Ed. S.G.
Luxon), Royal Society of Chemistry (London), 1992.
International Chemical Safety Cards (ICSC)
W.T. Hess, Hydrogen Peroxide in Kirk-Othmer Encyclopedia
of Chemical Technology, 4th ed., Wiley, New York, Vol.13,
(1995), 961-995.
R. Morassi, G.P. Speroni, Tecniche sperimentali moderne del
laboratorio chimico, Ed. Scuola Universitaria, Firenze, 1977