L'ACQUA OSSIGENATA

Louis Jacques Thenard (1777-1857), collaboratore di Gay-Lussac, era professore di chimica al Collegio di Francia ed è passato alla storia per aver scoperto l’acqua ossigenata, H₂O₂, nel 1818. Si preparava un tempo facendo reagire il perossido di bario con l’acido solforico:

BaO₂ + H₂SO₄ -> BaSO₄ + H₂O₂

Industrialmente era ottenuta per distillazione dell’acido persolforico, H₂S₂O₈, in soluzione acquosa, anche se adesso la si preferisce ricavare dall’etilantrachinolo, ossidato all’aria ad etilantrachinone e acqua ossigenata. L’etilantrachinone è ridotto nuovamente ad etilantrachinolo per idrogenazione, pronto per ricominciare un nuovo ciclo.

Gocciolando acqua ossigenata per ossidare Co(II) a Co(III). Venezia, 2010.

L’acqua ossigenata si trova in tracce libera in natura nell’atmosfera; è un forte agente ossidante (l'ho usata ad esempio per ossidare l'acido bromidrico a bromo oppure il cobalto dallo stato di ossidazione +2 a +3, nella foto sopra) ma agisce anche da riducente. L’ossido di argento ad esempio è ridotto ad argento metallico:

Ag₂O + H₂O₂ -> H₂O + O₂ + 2Ag

Analogamente, anche nella reazione con il permanganato essa agisce da riducente:

2MnO₄^- + 5H₂O₂ + 6H⁺ -> 2Mn²⁺ + 5O₂ + 8H₂O

Si impiega nel candeggio dei tessuti, delle piume di struzzo, dell’avorio, delle perle. Noto è l’uso nell'acconciatura.

Si usa nel restauro delle pitture antiche. Il bianco di piombo (biacca), reagendo con i solfuri presenti nell’aria, dà solfuro di piombo nero. Trattando il solfuro di piombo nero con una soluzione ammoniacale di acqua ossigenata il solfuro viene ossidato a solfato di piombo bianco. 

In soluzione al 3% l’acqua ossigenata viene impiegata come disinfettante per uso esterno. A questa concentrazione essa è in grado di sviluppare 10 volte il suo volume di ossigeno: per questo sull’etichetta della bottiglia spesso si legge  la concentrazione espressa in volumi di ossigeno sviluppabili.

L’acqua ossigenata infatti si decompone spontaneamente in acqua e ossigeno e la reazione è catalizzata da composti come lo ioduro di potassio, gli ossidi metallici (es. biossido di manganese) o negli esseri viventi da opportuni enzimi (perossidasi, catalasi, etc).

In tempi recenti si sono sviluppati processi industriali che impiegano l’acqua ossigenata come agente ossidante in luogo dei classici cromo esavalente e sali di manganese (che generano scomodi sottoprodotti da smaltire).

Questi processi utilizzano, come catalizzatore, titanio-silicalite e sono sfruttati per produrre: 

• epossidi da alcheni (es. l’ossido di propilene dal propilene e da qui glicole propilenico e polipropilenglicoli); 
• aldeidi da alcoli primari;
• chetoni da alcoli secondari;  
• catecolo e idrochinone dal fenolo.

Un importante processo industriale permette la sintesi del caprolattame, fondamentale intermedio nella sintesi del nylon, trattando il cicloesanone con ammoniaca e acqua ossigenata per formare l’ossima corrispondente (anziché usare l’idrossilammina solfato che generava tonnellate di solfato di ammonio come scarto). Nello step successivo un catalizzatore acido (in luogo dell’oleum) induce la trasposizione di Beckmann dell’ossima a caprolattame, dal quale si ricava poi il nylon-6.

L’impianto pilota è stato realizzato ad Acquisgrana (Aachen), sotto la guida di Wolfgang Holderlich, docente presso la locale università tecnica.

Con l’acqua ossigenata e opportuni catalizzatori (acidi di Lewis) è possibile realizzare anche la reazione di Bayer-Villiger - che da chetoni porta alla formazione di esteri, e da chetoni ciclici porta alla formazione di lattoni (esteri ciclici). La sintesi tradizionale usa peracidi come agenti ossidanti.

Impianto per la produzione di acqua ossigenata.
Arkema, Leuna (Germania).

In tutte queste reazioni il catalizzatore può essere rigenerato e riciclato; l’unico sottoprodotto è acqua. In questo modo si cerca di minimizzare l’impatto ambientale dovuto a importanti sintesi industriali.