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| 名前 | |||
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| IUPAC名
過酸化水素
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| 体系的なIUPAC名
ペルオキソール | |||
| その他の名前
ジオキシダン
オキシダニル 過酸化水素酸 0-ヒドロキシオール 過酸化水素水 ペルオキサン | |||
| 識別子 | |||
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3Dモデル（JSmol）
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| チェビ |
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| チェムBL |
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| ケムスパイダー |
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| ECHA 情報カード | 100.028.878 | ||
| EC番号 |
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| ケッグ |
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パブケム CID
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| RTECS番号 |
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| ユニ |
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| 国連番号 | 2015 (>60% 溶解) 2014 (20-60% 溶解) 2984 (8-20% 溶解) | ||
CompTox ダッシュボード ( EPA )
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| プロパティ | |||
| Ｈ2Ｏ2 | |||
| モル質量 | 34.014 グラムモル−1 | ||
| 外観 | 非常に薄い青色の液体 | ||
| 臭い | 少し鋭い | ||
| 密度 | 1.11 g/cm 3（20 °C、30%（w/w）溶液）[1] 1.450 g/cm 3（20 °C、純粋） | ||
| 融点 | −0.43 °C (31.23 °F; 272.72 K) | ||
| 沸点 | 150.2 °C (302.4 °F; 423.3 K) (分解) | ||
| 混和性 | |||
| 溶解度 | エーテルに溶ける、アルコールは 石油エーテルに溶けない | ||
| ログP | −0.43 [2] | ||
| 蒸気圧 | 5mmHg（30℃）[3] | ||
| 酸性度（p Ka） | 11.75 | ||
磁化率（χ）
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−17.7·10 −6 cm 3 /モル | ||
屈折率( n D )
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1.4061 | ||
| 粘度 | 1.245 c P (20 °C) | ||
| 2.26 デイ | |||
| 熱化学 | |||
熱容量 ( C )
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1.267 J/(g·K) (ガス) 2.619 J/(g·K) (液体) | ||
標準生成エンタルピー (Δ f H ⦵ 298 ) |
−187.80 kJ/モル | ||
| 薬理学 | |||
| A01AB02 ( WHO ) D08AX01 ( WHO )、D11AX25 ( WHO )、S02AA06 ( WHO ) | |||
| 危険 | |||
| GHSラベル: | |||
  
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| 危険 | |||
| H271、H302、H314、H332、H335、H412 | |||
| P280、P305+P351+P338、P310 | |||
| NFPA 704 (ファイアダイヤモンド) | |||
| 引火点 | 不燃性 | ||
| 致死量または濃度（LD、LC）： | |||
LD 50 (平均投与量)
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1518 mg/kg [要出典] 2000 mg/kg (経口、マウス) [4] | ||
LC 50 (中央濃度)
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1418 ppm（ラット、4時間）[4] | ||
LC Lo (公表最低額)
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227 ppm（マウス）[4] | ||
| NIOSH（米国健康暴露限界）： | |||
PEL (許可)
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TWA 1 ppm（1.4 mg/m 3）[3] | ||
REL (推奨)
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TWA 1 ppm（1.4 mg/m 3）[3] | ||
IDLH（差し迫った危険）
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75ppm [3] | ||
| 安全データシート（SDS） | ICSC 0164 (>60%溶液) | ||
| 関連化合物 | |||
関連化合物
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水 オゾン ヒドラジン 二硫化水素 二フッ化二酸素 | ||
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。
 確認する （何ですか ？）
 インフォボックス参照
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過酸化水素は、化学式H 2 O 2の化合物です。純粋な状態では、非常に淡い青色の液体[5]で、水よりわずかに粘性があります。酸化剤、漂白剤、防腐剤として使用され、通常、消費者向けには水に希釈した溶液（重量比3%～6%）として、工業用途ではより高濃度で使用されます。濃縮過酸化水素、または「高濃度過酸化水素」は、加熱すると爆発的に分解し、ロケットではモノプロペラントと酸化剤の両方として使用されています。[6]
過酸化水素は、活性酸素種であり、最も単純な過酸化物であり、酸素-酸素単結合を持つ化合物です。光にさらされるとゆっくりと水と元素酸素に分解し、有機化合物や反応性化合物が存在すると急速に分解します。通常は、不透明なボトルに弱酸性溶液として安定剤とともに保存されます。過酸化水素は、人体を含む生物系に存在します。過酸化水素を利用または分解する酵素は、ペルオキシダーゼに分類されます。
プロパティ
H 2 O 2の沸点は150.2 °C (302.4 °F)と推定されており、水より約50 °C (90 °F)高い。実際には、この温度まで加熱すると過酸化水素は爆発的な熱分解を起こす可能性がある。減圧下でより低い温度で安全に蒸留できる可能性がある。[7]
過酸化水素は、尿素（過酸化水素-尿素）、炭酸ナトリウム（過炭酸ナトリウム）などの化合物と安定した付加物を形成します。 [8]トリフェニルホスフィンオキシドとの酸塩基付加物は、いくつかの反応においてH 2 O 2の有用な「キャリア」です。
構造
過酸化水素（H 2 O 2 ）は、（ねじれた）C 2対称性を持つ非平面分子です。これは、1950年にポール・アントワーヌ・ジゲールが赤外分光法を使用して初めて示しました。[9] [10] O−O結合は単結合ですが、分子はトランス配置を介したエナンチオマー間の回転に対して386 cm −1（4.62 kJ / mol）、シス配置を介した回転に対して2460 cm −1（29.4 kJ / mol）という比較的高い回転障壁を持ちます。[11]これらの障壁は、隣接する酸素原子の孤立電子対間の反発と2つのO–H結合間の双極子効果によるものであると提案されています。比較のために、エタンの回転障壁は1040 cm −1（12.4 kJ / mol）です。
2つのO-H結合間の約100°の二面角により、分子はキラルになる。これは、エナンチオマーを示す最も小さく単純な分子である。一方ではなく他方のエナンチオ特異的相互作用が、リボ核酸の一方のエナンチオマー形態の増幅につながり、 RNAワールドにおけるホモキラリティーの起源となったのではないかと提案されている。[12]
気体と結晶の H 2 O 2の分子構造は大きく異なります。この違いは、気体状態では存在しない水素結合の影響によるものです。 [13] H 2 O 2の結晶は正方晶系で、空間群はDです。 4
4またはP 4 1 2 1 2。[14]
水溶液
水溶液中では、過酸化水素は共晶混合物を形成し、凝固点降下が -56 °C まで見られます。純水の凝固点は 0 °C、純粋な過酸化水素の凝固点は -0.43 °C です。同じ混合物の沸点も、両方の沸点の平均 (125.1 °C) との関係で低下します。沸点は 114 °C です。この沸点は純水の沸点より 14 °C 高く、純粋な過酸化水素の沸点より 36.2 °C 低いです。[15]
過酸化水素は、水溶液として最も一般的に入手できます。消費者向けには、通常、薬局で 3 および 6 wt%の濃度で入手できます。濃度は、発生する酸素ガスの量で説明されることがあります。20 容量の溶液 1 ミリリットルは、完全に分解すると 20 ミリリットルの酸素ガスを生成します。研究室で使用する場合は、30 wt% の溶液が最も一般的です。70% から 98% の商用グレードも入手できますが、68% を超える過酸化水素の溶液は完全に蒸気と酸素に変換される可能性があるため (濃度が 68% を超えると蒸気の温度が上昇します)、これらのグレードは潜在的に非常に危険であり、専用の保管場所で特別な注意が必要です。購入者は通常、商用メーカーによる検査を許可する必要があります。
類似品との比較
過酸化水素には、 H m X−XH n結合配置を持つ構造類似体がいくつかあります（比較のために水も示されています）。このシリーズ（X = O、S、N、P）の中で最も高い（理論上の）沸点を持っています。その融点もかなり高く、ヒドラジンや水に匹敵しますが、ヒドロキシルアミンだけがはるかに容易に結晶化し、特に強い水素結合を示しています。ジホスファンと二硫化水素は弱い水素結合しか示さず、過酸化水素との化学的類似性はほとんどありません。構造的には、隣接する孤立電子対間の反発により、類似体はすべて同様の歪んだ構造を採用しています。
自然発生
過酸化水素は、酵素を介したさまざまな生物学的プロセスによって生成されます。
過酸化水素は、表層水、地下水、大気中に検出されています。また、水が紫外線にさらされると形成されることもあります。[16]海水には0.5～14 μg/Lの過酸化水素が含まれ、淡水には1～30 μg/L含まれています。[17]空気中の濃度は約0.4～4 μg/m 3ですが、季節、高度、日光、水蒸気含有量などの条件によって数桁変化します。田舎の夜間の空気では0.014 μg/m 3未満で、中程度の光化学スモッグでは14～42 μg/m 3です。[18]
生物系中の過酸化水素の量は蛍光定量法で測定することができる。[19]
発見
アレクサンダー・フォン・フンボルトは、1799年に空気を分解する試みの副産物として、最初の合成過酸化物である過酸化バリウムを最初に報告したと言われることがあるが、これはフンボルトの曖昧な表現のために異論がある。 [20] 19年後、ルイ・ジャック・テナールは、この化合物がそれまで知られていなかった化合物の調製に使用できることを認識し、それをeau oxygénée（「酸素化された水」）と表現した。これは後に過酸化水素として知られるようになった。[21] [22] [23]
テナール法の改良版では、塩酸を使用し、その後硫酸を加えて硫酸バリウムの副産物を沈殿させた。この方法は19世紀末から20世紀半ばまで使用されていた。[24]
過酸化物とその塩が天然染料を漂白する効果は、1820年代のテナールの実験以来知られていましたが、過酸化物の工業生産の初期の試みは失敗に終わりました。過酸化水素を製造する最初の工場は、1873年にベルリンに建設されました。硫酸による電気分解による過酸化水素の合成が発見され、より効率的な電気化学的方法が導入されました。これは、1908年にオーストリア、ケルンテン州のヴァイセンシュタインで初めて商業化されました。現在でも使用されているアントラキノン法は、1930年代にドイツの化学メーカー、ルートヴィヒスハーフェンのIGファルベンによって開発されました。需要の増加と合成方法の改善により、過酸化水素の年間生産量は1950年の35,000トンから1960年には100,000トンを超え、1970年には300,000トンに増加し、1998年には270万トンに達した。[17]
初期の試みでは純粋な過酸化水素を製造することはできなかった。無水過酸化水素は真空蒸留によって初めて得られた。[25]
過酸化水素の分子構造の決定は非常に困難であることが判明した。1892年、イタリアの物理化学者ジャコモ・カラーラ（1864–1925）は凝固点降下法によってその分子量を決定し、その分子式がH 2 O 2であることを確認した。[26] H 2 O=Oは現代の構造と同じくらい可能であるように思われ、20世紀半ばになっても、2つの主要な選択肢の少なくとも6つの仮説的異性体の変種が、利用可能な証拠と一致しているようであった。[27] 1934年、英国の数理物理学者ウィリアム・ペニーとスコットランドの物理学者ゴードン・サザーランドは、現在受け入れられているものと非常によく似た過酸化水素の分子構造を提唱した。[28] [29]
生産
1994年、世界のH 2 O 2生産量は約190万トンでしたが、2006年には220万トンに増加しました。[30]そのほとんどは濃度70%以下でした。その年、バルクの30% H 2 O 2は約0.54米ドル/ kgで販売され、これは「100%ベース」で1.50米ドル/kg（0.68米ドル/ポンド）に相当します。 [31] [説明が必要]
今日、過酸化水素は、 1939年にBASF社が開発したアントラキノン法によってほぼ独占的に製造されている。この方法では、アントラキノン（ 2-エチルアントラキノンや2-アミル誘導体など）を、通常はパラジウム触媒による水素化によって、対応するアントラヒドロキノンに還元する。酸素の存在下で、アントラヒドロキノンは自動酸化を受ける。ヒドロキシ基の不安定な水素原子が酸素分子に移動し、過酸化水素が生成されてアントラキノンが再生される。ほとんどの商業プロセスでは、アントラヒドロキノンの溶液に圧縮空気を吹き込むことで酸化を実現し、次に溶液から過酸化水素を抽出し、アントラキノンを水素化と酸化の連続サイクルに再利用する。 [31] [32]
アントラキノン触媒プロセスの正味反応は次の通りである: [31]
- H 2 + O 2 → H 2 O 2
このプロセスの経済性は、抽出溶媒、水素化触媒、高価なキノンの効率的なリサイクルに大きく依存します。
歴史的方法
過酸化水素はかつて過硫酸アンモニウムの加水分解によって工業的に製造されていました。
- [NH 4 ] 2 S 2 O 8 + 2H 2 O → 2 [NH 4 ]HSO 4 + H 2 O 2
[NH 4 ] 2 S 2 O 8自体は硫酸中の重硫酸アンモニウム（[NH 4 ]HSO 4）溶液の電気分解によって得られた。[33]
その他のルート
少量は電気分解、光化学、電気アーク、および関連方法によって生成されます。[34]
水素と酸素の反応による過酸化水素の商業的に実現可能な製造法は、水の生成に有利であるが、過酸化物の段階で停止することができる。[35] [36]経済的な障害の1つは、直接的な方法では輸送に不経済な希薄溶液が得られることである。これらのいずれも、工業規模の合成に使用できるレベルにはまだ達していない。
反応
酸塩基
過酸化水素は水の約1000倍の酸の強さを持っています。[37]
- H 2 O 2 ⇌ H + + H2O−2（pK = 11.65）
不均衡
過酸化水素は不均化して水と酸素を形成し、ΔH oは-2884.5 kJ / kg [38]、ΔSは70.5 J /（mol·K）である。
- 2 H 2 O 2 → 2 H 2 O + O 2
分解速度は温度、濃度、pHの上昇とともに増加する。H 2 O 2 はアルカリ性条件下では不安定である。分解は、ほとんどの遷移金属とその化合物（例：二酸化マンガン（MnO 2）、銀、白金）を含むさまざまな酸化還元活性イオンまたは化合物によって触媒される。 [39]
酸化反応
過酸化水素の酸化還元特性は pH に依存します。酸性溶液では、 H 2 O 2 は強力な酸化剤です。
還元反応
アルカリ条件下では、過酸化水素は還元剤です。H 2 O 2 が還元剤として作用すると、酸素ガスも生成されます。たとえば、過酸化水素は次亜塩素酸ナトリウムと過マンガン酸カリウムを還元します。これは、実験室で 酸素を調製する便利な方法です。
- NaOCl + H 2 O 2 → O 2 + NaCl + H 2 O
- 2KMnO4 + 3H2O2 → 2MnO2 + 2KOH + 2H2O + 3O2
過酸化水素と次亜塩素酸ナトリウムから生成される酸素は一重項状態にあります。
- Ag 2 O + H 2 O 2 → 2 Ag + H 2 O + O 2
通常は還元剤ですが、アルカリ性過酸化水素は Mn(II) を二酸化物に変換します。
- H 2 O 2 + Mn 2+ + 2 OH − → MnO 2 + 2 H 2 O
関連する反応として、過マンガン酸カリウムは酸性H 2 O 2によってMn 2+に還元される：[5]
- 2 マンガンO−4+ 5 H 2 O 2 + 6 H + → 2 Mn 2+ + 8 H 2 O + 5 O 2
有機反応
過酸化水素は酸化剤としてよく使用されます。例としては、チオエーテルを酸化してスルホキシドを形成すること、例えばチオアニソールをメチルフェニルスルホキシドに変換することが挙げられます。[40] [41]
- Ph-S-CH 3 + H 2 O 2 → Ph-S(O)-CH 3 + H 2 O
アルカリ性過酸化水素は、アクリル酸誘導体などの電子不足アルケンのエポキシ化[42]や、ヒドロホウ素化酸化の第2段階であるアルキルボランのアルコールへの酸化に使用されます。また、ダキン酸化プロセスの主要試薬でもあります。
他の過酸化物化合物の前駆体
過酸化水素は弱酸であり、多くの金属と ヒドロペルオキシドまたは過酸化物 塩を形成します。
また、金属酸化物を対応する過酸化物に変換します。たとえば、過酸化水素で処理すると、クロム酸( CrO 3およびH 2 SO 4 ) は青色の過酸化物CrO(O 2 ) 2を形成します。
生化学
生産
グルコースオキシダーゼ酵素の存在下でグルコースを好気的に酸化すると過酸化水素が生成される。この変換によりグルコノラクトンが得られる：[43]
- C 6 H 12 O 6 + O 2 → C 6 H 10 O 6 + H 2 O 2
スーパーオキシドディスムターゼ（SOD）は、スーパーオキシドを酸素と過酸化水素に不均化させる酵素です。 [44]
- 20時−2+ 2 H + → O 2 + H 2 O 2
- 2 H 2 O 2 → O 2 + 2 H 2 O
ペルオキシソームは、ほぼすべての真核細胞に見られる細胞小器官です。[45]ペルオキシソームは、非常に長鎖脂肪酸、分岐鎖脂肪酸、D-アミノ酸、ポリアミンの分解、および哺乳類の脳と肺に見られるプラズマロゲンとエーテルリン脂質の生合成に関与しています。 [46]ペルオキシソームは、フラビンアデニンジヌクレオチド（FAD）によって触媒されるプロセスで過酸化水素を生成します。 [47]
- R-CH 2 -CH 2 -CO-SCoA + O 2 R-CH=CH-CO-SCoA + H 2 O 2
![{\displaystyle {\ce {->[{\ce {FAD}}]}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/cfe32866bbddda63271e58f329b21caad5946b64)
過酸化水素はアデノシン一リン酸の分解によって生成され、ヒポキサンチンを生成する。ヒポキサンチンはその後、酸化的にキサンチンに異化され、次に尿酸に分解されるが、この反応はキサンチンオキシダーゼという酵素によって触媒される。[48]
ヒポキサンチンがキサンチンを経て尿酸に分解され、過酸化水素が形成されます。
グアノシン一リン酸の分解により中間生成物としてキサンチンが生成され、同様に過酸化水素の形成を伴って尿酸に変換されます。[48]
消費
もう一つのペルオキシソーム酵素であるカタラーゼは、このH 2 O 2 を使って、フェノール、ギ酸、ホルムアルデヒド、アルコールなどの他の基質を過酸化反応によって酸化します。
- H 2 O 2 + R'H 2 → R' + 2 H 2 O
これにより、プロセス中の有毒な過酸化水素が除去されます。
この反応は肝臓や腎臓の細胞で重要で、ペルオキシソームは血液に入る様々な毒性物質を中和します。人間が飲むエタノールの一部はこのようにしてアセトアルデヒドに酸化されます。 [49]さらに、過剰なH 2 O 2 が細胞内に蓄積すると、カタラーゼが次の反応を通じてそれをH 2 Oに変換します。
- H 2 O 2 → 0.5 O 2 + H 2 O
セレン酵素であるグルタチオンペルオキシダーゼも過酸化水素の不均化を触媒します。
フェントン反応
Fe 2+と過酸化水素の反応はフェントン反応の基礎であり、生物学において重要な ヒドロキシルラジカルを生成します。
- Fe(II) + H 2 O 2 → Fe(III)OH + HO・
フェントン反応は、ヒドロキシラジカルがタンパク質、膜脂質、DNAを含むすべての有機化合物を急速かつ不可逆的に酸化するため、過酸化水素の毒性を説明しています。[50]過酸化水素は、生細胞における酸化的DNA損傷の重要な原因です。 DNA損傷には、 8-オキソ-2'-デオキシグアノシンの形成など多くの塩基の変化のほか、鎖切断、鎖間架橋、デオキシリボース損傷が含まれます。[51]過酸化水素はCl¯と相互作用して、DNA塩基の塩素化も引き起こします。[51]ヒドロキシラジカルは、重要な細胞成分、特にミトコンドリアの成分を容易に損傷します。[52] [53] [54]この化合物は、ヒドロキシラジカルに容易に変換されることから、老化のフリーラジカル理論に関係する主要な要因です。
関数
ウニの卵は、精子によって受精するとすぐに過酸化水素を生成します。その後、過酸化水素はヒドロキシラジカル（HO•）に変換され、ラジカル重合を開始し、卵をポリマーの保護層で包みます。
ボンバルディアビートルはハイドロキノンと過酸化水素を混合し、激しい発熱 化学反応を引き起こして沸騰した悪臭のする液体を生成し、その一部はガスになり（フラッシュ蒸発）、大きな音とともに排出バルブから排出されます。[55] [56] [57]
提案されているシグナル分子として、過酸化水素はさまざまな生物学的プロセスを制御する可能性があります。[58] [59]少なくとも1つの研究では、過酸化水素の生成と癌との関連が試みられています。[60]
用途
漂白
過酸化水素の世界生産量の約60％は、パルプや紙の漂白に使用されています。[30] 2番目に大きな産業用途は、洗濯用洗剤のマイルドな漂白剤として使用される過炭酸ナトリウムと過ホウ酸ナトリウムの製造です。代表的な変換は次のようになります。
- Na 2 B 4 O 7 + 4 H 2 O 2 + 2 NaOH → 2 Na 2 B 2 O 4 (OH) 4 + H 2 O
過炭酸ナトリウムは炭酸ナトリウムと過酸化水素の付加物で、オキシクリーンやタイド洗濯洗剤などの洗濯用品の有効成分です。水に溶けると過酸化水素と炭酸ナトリウムを放出します。[24]これらの漂白剤は単独では洗濯温度が60℃（140℉）以上の場合にのみ効果を発揮するため、低温での洗浄を可能にする漂白活性剤と組み合わせて使用されることが多いです。
過酸化水素は小麦粉の漂白剤や歯と骨のホワイトニング剤としても使用されてきました。
有機過酸化物の製造
これは、ジベンゾイルパーオキサイドが大量生産されている例であるなど、さまざまな有機過酸化物の製造に使用されています。 [61]過酢酸やメタクロロ過安息香酸などの過酸も過酸化水素を使用して製造されます。過酸化水素は、アセトンパーオキサイドなどの有機過酸化物ベースの爆薬の製造に使用されています。過酸化水素は、重合の開始剤として使用されます。過酸化水素は、フェニルシュウ酸エステル（サイリウム）などの特定のジエステルと反応して化学発光を生成します。この用途は、グロースティックの形で最も一般的に見られます。
無機過酸化物の製造
ホウ砂との反応により、洗濯用洗剤に使用される漂白剤で ある過ホウ酸ナトリウムが生成されます。
- Na 2 B 4 O 7 + 4 H 2 O 2 + 2 NaOH → 2 Na 2 B 2 O 4 (OH) 4 + H 2 O
下水処理
過酸化水素は、有機不純物を除去するために特定の廃水処理プロセスで使用されています。高度酸化処理では、フェントン反応[62] [63]により、反応性の高いヒドロキシルラジカル（•OH）が生成されます。これにより、芳香族化合物やハロゲン化化合物など、通常は強固なものも含め、有機化合物が分解されます。[64]また、廃棄物に含まれる硫黄系化合物を酸化することもできます。これは、一般的に臭気を軽減するため有益です。[65]
消毒剤
過酸化水素は、手術器具を含む様々な表面の殺菌に使用でき、[66] [67]また、室内殺菌のために蒸気（VHP ）として配備されることもある。 [68] H 2 O 2 は、ウイルス、細菌、酵母、細菌胞子に対して広範囲の有効性を示す。[69] [70]一般に、グラム陰性菌よりもグラム陽性菌に対して高い活性が見られるが、これらの生物にカタラーゼまたは他のペルオキシダーゼが存在すると、低濃度でも耐性が増す可能性がある。[71]低濃度（3％）でもほとんどの胞子に効果があり、高濃度（7～30％）で接触時間を長くすると殺胞子活性が向上する。[70] [72]
過酸化水素は、分解して酸素と水を形成するため、塩素系漂白剤の環境に安全な代替品と見なされており、米国食品医薬品局（FDA）によって抗菌剤として一般的に安全であると認められています。[73]
推進剤
高濃度H 2 O 2は「高強度過酸化物」（HTP）と呼ばれます。これは、一元推進剤（燃料と混合しない）または二元推進剤ロケットの酸化剤成分として使用できます。一元推進剤としての使用は、70～98% 濃度の過酸化水素が蒸気と酸素に分解されることを利用します。推進剤は反応室に送り込まれ、そこで触媒（通常は銀または白金のスクリーン）が分解を引き起こし、600 °C（1,100 °F）を超える蒸気を生成します。この蒸気はノズルから排出され、推力を生み出します。H 2 O 2一元推進剤は、最大比推力（I sp）161 s（1.6 kN·s /kg）を生み出します。過酸化物は、ロケット用途に採用された最初の主要な一元推進剤でした。ヒドラジンは最終的に、真空比推力が25%増加するという主な理由から、過酸化水素一元推進剤スラスタ用途に取って代わった。[74]ヒドラジン（有毒）と過酸化水素（毒性が低い[ACGIH TLV 0.01と1 ppm]）は、コールドガス以外で推進および動力用途に広く採用され利用されている唯一の2つの一元推進剤である。[要出典]ベルロケットベルト、X-1、X-15、セントー、マーキュリー、リトルジョーの反応制御システム、およびX-1、X-15、ジュピター、レッドストーン、バイキングのターボポンプガス発生器は、一元推進剤として過酸化水素を使用していた。[75] R-7シリーズのロケットのRD -107エンジン（1957年から現在まで使用）は、過酸化水素を分解してターボポンプに動力を供給する。
二元推進剤の用途では、H 2 O 2が分解されて燃焼中の燃料が酸化されます。燃料によっては、比推力は 350 s (3.5 kN·s/kg) に達することもあります。酸化剤として使用される過酸化物は、液体酸素よりもI sp が若干低くなりますが、密度が高く、貯蔵可能で、非極低温であるため、効率的な閉サイクルを使用して高圧を発生させるガスタービンの駆動に簡単に使用できます。また、ロケット エンジンの再生冷却にも使用できます。過酸化物は、第二次世界大戦中のドイツのロケットモーター（例えば、オキシキノリン安定剤を含むT-Stoffは、 Walter HWK 109-500 Starthilfe RATO外部ポッド型モノプロペラントブースターシステムとMe 163 Bに使用されたWalter HWK 109-509ロケットモーターシリーズの両方に使用されました）において酸化剤として非常に効果的に使用され、自己着火性のハイパーゴリックコンビネーションでC-Stoffと最も頻繁に使用され、低コストのイギリスのブラックナイトおよびブラックアロー発射装置にも使用されました。現在、HTPはILR-33 AMBER [76]およびNucleus [77]弾道ロケットに使用されています。
1940年代から1950年代にかけて、ヘルムート・ワルターKGが考案したタービンは潜水艦の水中使用に過酸化水素を使用していたが、ディーゼル電力システムに比べて騒音が大きく、メンテナンスに手間がかかりすぎることが判明した。一部の魚雷は過酸化水素を酸化剤または推進剤として使用した。過酸化水素魚雷の使用における操作者のミスが、HMSシドンとロシアの潜水艦クルスクの沈没の原因として挙げられた。[78] SAABアンダーウォーターシステムズはトルペード2000を製造している。スウェーデン海軍が使用するこの魚雷は、HTPを酸化剤として、灯油を燃料とする二液推進システムで推進するピストンエンジンで駆動される。 [79] [80]
家庭用
過酸化水素は、主に洗浄剤や消毒剤として、家庭内でさまざまな用途に使用されています。
- ヘアブリーチ
希釈したH 2 O 2 (1.9% ～ 12%) をアンモニア水と混ぜたものは、人間の髪の毛を漂白するために使われてきました。この化学物質の漂白特性から、「過酸化水素ブロンド」というフレーズの名前が付けられています。 [81]過酸化水素は歯のホワイトニング にも使用されます。ほとんどのホワイトニング歯磨き粉に含まれています。過酸化水素は、歯の明るさと彩度パラメータに関して良い結果を示しています。 [ 82]歯のエナメル質上の色素を酸化することで作用し、歯の色合いが明るくなります。[さらに説明が必要]過酸化水素を重曹と塩と混ぜて自家製歯磨き粉を作ることができます。[83]
- 血液汚れの除去
過酸化水素は漂白剤として血液と反応するため、血液の染みが新しいか、それほど古くない場合は、必要に応じて1回以上、たっぷりと過酸化水素を塗布すると、染みが完全に漂白されます。塗布して約2分後には、血液はしっかりと拭き取られているはずです。[84] [85]
- ニキビ治療
過酸化水素はニキビの治療に使用されることもありますが[86]、過酸化ベンゾイルの方がより一般的な治療薬です。
- 口腔洗浄剤
口腔洗浄剤としての希薄過酸化水素の使用は、歯肉炎や歯垢の治療におけるその有用性を判断するために学術的に検討されてきた。プラセボと比較すると肯定的な効果があるが、クロルヘキシジンの方がはるかに効果的な治療であると結論付けられた。 [87]
ニッチな用途
- 園芸
園芸家や水耕栽培の利用者の中には、水やりに弱い過酸化水素水を使うことを推奨する人もいます。過酸化水素水は自然に分解して酸素を放出し、植物の根の発育を促進し、根腐れ（酸素不足による根の細胞死）やその他のさまざまな害虫の駆除に役立ちます。[88] [89]
一般的な散水濃度では、約0.1％が使用されています。抗真菌作用のためには、これを1％まで増やすことができます。[90]試験では、植物の葉は3％までの濃度に安全に耐えられることが示されています。[91]
- 魚の飼育
過酸化水素は、さまざまな微生物による死亡率を制御するために養殖で使用されています。2019年に米国FDAは、すべての冷水魚とすべての稚魚と成魚の冷水および温水魚のサプロレグニア症の制御、温水魚の外部コラムナリス病の制御、淡水で飼育されたサケ科魚類のギロダクティルス属菌の制御に過酸化水素を承認しました。[92]養殖業者が実施した実験室でのテストでは、一般的な家庭用過酸化水素が小魚に酸素を供給するために安全に使用できることが実証されています。過酸化水素は、二酸化マンガンなどの触媒にさらされると分解して酸素を放出します。
- 古くなったプラスチックの黄ばみを除去する
過酸化水素を紫外線光源と組み合わせて使用すると、白または薄い灰色のアクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS) プラスチックの黄ばみを除去して、元の色を部分的または完全に復元することができます。レトロコンピューティングの世界では、このプロセスは一般にレトロブライトと呼ばれています。
安全性
規制はさまざまだが、5% などの低濃度は広く入手可能で、医療用に購入することは合法である。市販の過酸化水素溶液のほとんどは摂取には適していない。高濃度は危険とみなされる場合があり、通常は安全データシート(SDS) が添付されている。高濃度の過酸化水素は攻撃的な酸化剤であり、人間の皮膚を含む多くの材料を腐食する。還元剤が存在すると、高濃度のH 2 O 2 は激しく反応する。[93] 35% までの濃度では、皮膚に「白い」酸素の泡 (および多少の刺すような痛み) が生じるだけで、30～45 分以内に血液とともに消えるが、98% の濃度では紙が溶ける。しかし、3% という低濃度でも、眼内で酸素が発生するため、眼にとって危険である可能性がある。 [94]
高濃度過酸化水素ストリーム（通常 40% を超える）は、環境に放出された場合、米国規制によるDOT酸化剤の定義を満たすため、危険物とみなされます。D001 有害廃棄物のEPA報告量 (RQ) は、100 ポンド (45 kg)、または約 10 米ガロン (38 L) の濃縮過酸化水素です。
過酸化水素は、涼しく乾燥した換気の良い場所に、引火性物質や可燃性物質から離れた場所に保管する必要があります。ステンレス鋼やガラスなどの非反応性材料でできた容器に保管する必要があります（一部のプラスチックやアルミニウム合金などの他の材料も適している場合があります）。[95]過酸化水素は光にさらされるとすぐに分解するため、不透明な容器に保管する必要があります。医薬品は通常、光を遮る茶色のボトルに入っています。[96]
過酸化水素は、純粋でも希釈されていても、いくつかのリスクをもたらす可能性があるが、主なものは有機化合物と接触すると爆発性混合物を形成することである。[97]常圧での過酸化水素の 蒸留は非常に危険である。特に濃縮すると腐食性があり、家庭用濃度の溶液でさえ目、粘膜、皮膚に刺激を与える可能性がある。[98]過酸化水素溶液を飲み込むことは特に危険である。胃の中で分解すると大量のガス（3%溶液の10倍の量）が放出され、体内に膨張を引き起こすからである。10%を超える量を吸入すると、重度の肺の炎症を引き起こす可能性がある。[99]
過酸化水素蒸気は、蒸気圧がかなり高い（50℃で1.2kPa）ため、[100]潜在的に危険である。米国NIOSHによると、生命と健康に直ちに危険となる（IDLH）限度はわずか75ppmである。[101]米国労働安全衛生局（OSHA）は、8時間の時間加重平均として計算された1.0ppmの許容暴露限度を定めている（29 CFR 1910.1000、表Z-1）。[97]過酸化水素は、米国産業衛生専門家会議（ACGIH）によって「動物に対する発がん性が知られているが、人間との関連性は不明」に分類されている。[102]蒸気の危険濃度にさらされるリスクがある職場では、過酸化水素の連続モニターを使用する必要がある。過酸化水素の危険性に関する情報は、OSHA [97]およびATSDRから入手できる。[103]
傷の治癒
歴史的に、過酸化水素は他の消毒剤に比べてコストが低く、入手しやすいという理由から、傷口の消毒に使用されてきた。[104]
過酸化水素の創傷治癒への影響については矛盾した証拠がある。ある研究では有益であるとされているが、他の研究では治癒の遅延や阻害があるとされている。[105]家庭での創傷治療に過酸化水素を使用することは一般的に推奨されていない。[106] 1.5～3%の過酸化水素は歯科の消毒剤として使用され、特に歯内療法では次亜塩素酸塩やクロルヘキシジンとともに使用され、1～1.5%は第三大臼歯（親知らず）の炎症の治療にも有効である。[107]
代替医療での使用
代替医療の専門家は、肺気腫、インフルエンザ、エイズ、特に癌を含む様々な症状に対して過酸化水素の使用を提唱している。[108]有効性を示す証拠はなく、場合によっては致命的であることが証明されている。[109] [110] [111] [112]
過酸化水素療法の有効性と安全性は、科学的に疑問視されている。過酸化水素は免疫系によって生成されるが、慎重に制御された方法で生成される。食細胞と呼ばれる細胞が病原体を取り込み、過酸化水素を使って病原体を破壊します。過酸化物は細胞と病原体の両方に有毒であるため、ファゴソームと呼ばれる特別な区画内に保持されます。遊離過酸化水素は、酸化ストレスを介して遭遇する組織に損傷を与えます。このプロセスは、がんの原因としても提案されています。[113] 過酸化水素療法が細胞内の酸素レベルを上昇させるという主張は裏付けられていません。投与された量では、通常の呼吸から得られる酸素量と比較して、非常にわずかな追加酸素しか提供されないと予想されます。また、腫瘍内のがん細胞の周囲の酸素レベルを上げることは困難です。血液供給が乏しい傾向があり、腫瘍低酸素症と呼ばれる状況であるためです。
3%濃度の過酸化水素を大量に経口摂取すると、口、喉、腹部に炎症や水疱が生じるほか、腹痛、嘔吐、下痢などの症状が現れることがある。[109] 35%以上の濃度の過酸化水素を摂取すると、入院につながるガス塞栓症が数多く発生することが示唆されている。これらの症例では、塞栓症の治療に高圧酸素療法が使用された。 [114]
過酸化水素の静脈注射は、数件の死亡と関連している。 [115] [111] [112] アメリカ癌協会は、「過酸化水素が癌治療に安全、効果的、または有用であるという科学的証拠はない」と述べている。[110]さらに、この治療法は米国FDAによって承認されていない。
歴史的事件
- 1934年7月16日、ドイツのクンマースドルフで、過酸化水素とエタノールからなる実験的な一元推進剤混合物が入った推進剤タンクが試験中に爆発し、3人が死亡した。[116]
- 第二次世界大戦中、ドイツの強制収容所の医師たちは、過酸化水素の注射による人体殺害の実験を行った。[117]
- 1943年12月、パイロットのヨーゼフ・ポースはメッサーシュミットMe163のT-ストフにさらされて死亡した。
- 1955年6月、イギリス海軍の潜水艦HMSシドン号は、魚雷に含まれていた高濃度過酸化水素が漏れて発射管内で爆発し、乗組員12名が死亡して沈没した。救助隊員1名も死亡した。
- 1992年4月、フランスのジャリーにある過酸化水素工場でコンピュータ制御システムの技術的故障により爆発が発生し、1人が死亡し、工場は広範囲に破壊されました。[118]
- 1998年10月28日、フロリダ州オーランドからテネシー州メンフィスへ向かうノースウエスト航空の飛行機内で過酸化水素が漏れ、数人が軽傷を負った。[119]
- ロシアの潜水艦K-141クルスクは、キーロフ級巡洋戦艦ピョートル・ヴェリーキーに向けて模擬魚雷を発射する演習を行うために出航した。2000年8月12日、現地時間11時28分（協定世界時07時28分）、魚雷発射の準備中に爆発が起きた。現在まで唯一信頼できる報告は、クルスクの過酸化水素燃料魚雷の1つが故障して爆発したためだというものである。魚雷の推進剤として使用される高濃度過酸化水素の一種であるHTPが容器から漏れ出したと考えられている。錆びたか、陸上での積み込み中に魚雷の1つが誤って地面に接触した事件が報告されなかったためである。同艦は乗組員全員とともに失われた。[120]
- 2010年8月15日、ニューヨーク市タイムズスクエアのブロードウェイ1515番地54階で約30米ガロン（110リットル）の洗浄液が流出した。ニューヨーク市消防局の広報担当者によると、流出物は過酸化水素で、消防車が危険物対応に当たったため、西42丁目と西48丁目の間のブロードウェイが閉鎖された。負傷者の報告はない。[121]
参照
- FOX試薬は、生物系における過酸化水素のレベルを測定するために使用されます。
- カルコゲニド水素
- Retrobright は、黄ばんだアクリロニトリルブタジエンスチレンプラスチックを修復するために過酸化水素を使用するプロセスです。
- ビス（トリメチルシリル）ペルオキシド、非プロトン性代替物
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、過酸化水素に関連するメディアがあります。
Wikiversityには、酵素活性に対する濃度の影響の観察に関する学習リソースがあります。
- 周期表のビデオにおける過酸化水素（ノッティンガム大学）
- 化学物質安全データシート
- ATSDR 毒性物質および疾病登録局 FAQ
- 国際化学物質安全性カード 0164
- NIOSH 化学物質の危険性に関するポケットガイド
- アントラヒドロキノンの自動酸化による過酸化水素製造のプロセスフローシート
- Rocketdyne による過酸化水素ハンドブック
- IR 分光研究 J. Phys. Chem.
- YouTube での過酸化水素の漂白作用