vignette|Effets du peroxyde d'hydrogène sur les doigts, à faible concentration. Le peroxyde d'hydrogène est un composé chimique de formule . Sa solution aqueuse est appelée eau oxygénéeL'expression « eau oxygénée » ne s'applique pas au « peroxyde d'hydrogène » pur anhydre, un liquide très instable et explosif et que l'on ne rencontre qu'extrêmement rarement (comme comburant). Ce terme de la langue courante ne concerne que les solutions aqueuses de .. Elle est incolore et légèrement plus visqueuse que l'eau.
Le peroxyde d'hydrogène possède à la fois des propriétés oxydantes par exemple vis-à-vis d'ions iodure et des propriétés réductrices par exemple vis-à-vis des ions permanganate. C'est un agent de blanchiment efficace. Il est utilisé comme antiseptique.
Le peroxyde d'hydrogène existe naturellement chez les êtres vivants comme sous-produit de la respiration cellulaire. Tous les organismes aérobies possèdent des enzymes, appelées peroxydases, qui catalysent la dismutation de en et : 2 → 2 + (ΔH = ).
La concentration des solutions de peroxyde d'hydrogène est généralement indiquée en « volumes » ou en mol/l. Par définition, d'eau oxygénée à est susceptible de dégager de gaz, mesurée dans les conditions normales de température et de pression, par dismutation de (équation chimique ci-dessus). La correspondance est approximativement de pour .
Le peroxyde d'hydrogène a été utilisé en aéronautique comme comburant (par exemple, le T-Stoff utilisé dans les années 1940 pour le Messerschmitt Me 163B), voire comme monergol pour rocketbelts dans les années 1960. Il continue à être utilisé en astronautique comme ergol oxydant, pour les vaisseaux Soyouz russes.
Transitions de phase Dans les conditions normales de température et de pression, le peroxyde d'hydrogène et l'eau oxygénée sont liquides.
À pression atmosphérique : l'eau oxygénée commence à bouillir à température croissante en fonction de sa concentration (de pour à pour ), mais le peroxyde d'hydrogène pur se décompose, vers ; l'eau oxygénée commence à se congeler à température décroissante puis croissante en fonction de sa concentration (minimum voisin de pour ), et le peroxyde d'hydrogène se congèle à .
À l'état solide on connaît le peroxyde d'hydrogène pur () et au moins un hydrate, ..
Production En 1992, les États-Unis en produisaient environ et le Canada en produisait environ ; En 1995, l'Amérique du Nord (Mexique y compris) avait une capacité de production estimée à ; Pour la première moitié des années 1990, la capacité mondiale de peroxyde d'hydrogène a été estimée entre ; En 2005, la capacité de production mondiale est estimée à .
Mode de fabrication Historiquement, le peroxyde d'hydrogène est préparé par l'électrolyse d'une solution aqueuse d'acide sulfurique ou de bisulfate d'ammonium (), suivie par l'hydrolyse du peroxodisulfate 2− formé.
Actuellement, le peroxyde d'hydrogène est produit presque exclusivement par l'autooxydation de la 2-alkyl anthrahydroquinone en 2-alkyl anthraquinone (procédé à l'anthraquinone). Les industriels utilisent plus particulièrement les dérivés 2-éthyle ou 2-amyle de l'anthraquinone. La plupart des procédés industriels utilisent le barbotage d'air comprimé à travers une solution d'un dérivé dihydroxyanthracène, le dioxygène réagissant avec les protons labiles des groupes hydroxyle pour donner le peroxyde d'hydrogène, donnant ainsi le dérivé anthraquinone. Le peroxyde d'hydrogène est ensuite extrait et le dérivé anthraquinone est réduit par le dihydrogène en présence d'un catalyseur métallique pour redonner le dérivé dihydroxyanthracène, le cycle pouvant ainsi être répété. Ce procédé est aussi connu sous le nom de procédé Riedl-Pfleiderer, et a été découvert en 1936. En 2005, la production mondiale de peroxyde d'hydrogène atteignait de tonnes. La synthèse électrochimique de à partir de l'eau et de l'oxygène est une alternative très prometteuse car elle permet: (a) la production locale là où elle est nécessaire et (b) l'utilisation de l'énergie électrique pour la synthèse chimique.https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0926337321009735.
upright=1.33|centré|vignette|Production de peroxyde d'hydrogène par le procédé à l'anthraquinone.
Composé naturel Le peroxyde d'hydrogène est non seulement produit par des micro-organismes mais aussi par les protéines DUOX ; il est ensuite détoxifié par les peroxydases afin de produire de l'hypothiocyanite.
Chez les plantes, le peroxyde d'hydrogène est un des dérivés réactifs de l'oxygène les plus importants notamment en cas de stress dû à la sécheresse. Son accumulation pouvant leur causer de graves dommages oxydatifs, elles s'en prémunissent en le décomposant grâce à des enzymes antioxydantes par catalase en oxygène moléculaire et en eau. La symbiose des plantes avec des champignons mycorhiziens permet d'augmenter de façon significative cette élimination et ainsi accroître leur résistance aux stress.
Le peroxyde d'hydrogène est produit naturellement par les coléoptères bombardiers et agit comme système de défense combiné à de l'hydroquinone.. Cette réaction exothermique libère de l'énergie et élève la température du mélange à près de .
Décomposition Le peroxyde d'hydrogène se décompose dans une réaction exothermique de dismutation en eau et dioxygène dans des proportions dépendantes de la température, de la concentration, de la présence d’impuretés et de stabilisants. Il est décomposé par beaucoup de substances, dont la plupart des métaux de transition et leurs composés, des composés organiques, la poussière, etc. Répandre du peroxyde d'hydrogène sur une substance inflammable peut provoquer un embrasement.
L’utilisation d’un catalyseur (comme le dioxyde de manganèse, le permanganate de potassium, l'argent, ou une enzyme telle que la catalase) augmente considérablement le taux de décomposition du peroxyde d'hydrogène. Ce phénomène produit un dégagement d'oxygène intense ainsi qu'une forte chaleur. Les récipients de stockage doivent être constitués d'une matière compatible comme le polyéthylène ou l'aluminium et nettoyés de toute impureté (un procédé appelé passivation).
La réaction de dismutation est lente et les solutions aqueuses de peroxyde d'hydrogène peuvent être conservées longtemps sous certaines conditions. L'eau oxygénée commerciale dite « stabilisée » contient des agents permettant de complexer ou d'adsorber les impuretés en solution qui autrement catalyseraient la dismutation et accélèreraient la décomposition de la solution, parfois violente. Pour empêcher ceci, des agents stabilisants variés peuvent être utilisés, tels des phosphates, stannates ou silicates de sodium, de l'acide phosphorique ou encore de l'acétanilide..
La dismutation met en évidence les propriétés oxydantes et réductrices du peroxyde d'hydrogène. La dismutation peut être décrite comme une réaction entre réducteur et oxydant.
La réaction de dismutation ( = –98,11 kJ par mole, soit –2884,5 kJ/kg) est composée des deux demi-équations d'oxydoréduction suivantes :
est le réducteur, donneur d'électrons)
est l'oxydant, accepteur d'électrons)
Cette décomposition produit de l'oxygène qui fait du peroxyde d'hydrogène à haute concentration un ergol comburant. De plus elle produit suffisamment d'énergie pour qu'il ait également été utilisé comme monergol. Dans les années 1930 et 1940, l'ingénieur allemand Hellmuth Walter en fut le pionnier, notamment pour la propulsion de sous-marins et de torpilles. L'eau oxygénée reste très dangereuse comme illustré par le naufrage du Koursk, attribué à l'usage de ce produit dans la torpille Type 65, et son utilisation dans les torpilles a été abandonnée dans la plupart des marines pour des raisons de sécurité. De façon plus anecdotique, ce monergol produisait la poussée du jetpack Rocketbelt.
Purification Comme le peroxyde d'hydrogène concentré (pourcentage molaire supérieur à 70 %) est en vente restreinte, certains sont tentés de distiller des solutions plus diluées pour obtenir un monergol. C’est extrêmement dangereux.
Le barbotage suivi éventuellement d'une congélation fractionnée constitue un procédé plus sûr. Le barbotage profite du fait que l’air tiède (pas trop chaud) évapore préférentiellement l'eau.
À des concentrations dépassant 62 %, le peroxyde d'hydrogène en solution dans l’eau gèle avant l’eau (c'est l'inverse à des concentrations plus faibles). L'eau oxygénée tend à demeurer en surfusion, un état métastable qui cesse, par exemple si l'on immerge un cristal de « glace oxygénée » dans la solution surfusée.
Toxicité, écotoxicité Ce puissant biocide est toxique pour de nombreux organismes, à des doses variant selon les espèces, leur âge et le contexte. Sa toxicité a fait l'objet d'une réévaluation publiée en 1999 par le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC).
Utilisation Usage industriel Le peroxyde d'hydrogène sert essentiellement au blanchiment de la pâte à papier (environ deux tiers du volume produit dans le monde). Les pâtes blanchies peuvent être chimiques, mécaniques ou recyclées. Sous une forme hautement purifiée, il revêt une importance cruciale dans l'industrie électronique (la fabrication de puces exigeant une décontamination sans faille) et les volumes produits à cet effet ne cessent d'augmenter. Il est utilisé dans le domaine de l'environnement pour le traitement des eaux, des sols et des gaz (désulfuration, deNox, dégradation de polluants aquatiques par sonocatalyse).https://link.springer.com/article/10.1007/s11144-022-02201-1. Il est contenu dans certaines solutions destinées à purifier l'eau de piscine ou de spa et détruisant les algues vertes, vendues sous l'appellation commerciale « oxygène actif ». La stérilisation de salles propres s’effectue par une fumigation de peroxyde d’hydrogène, par vaporisation de H2O2, ou par dispersion d’une solution en gouttelettes aérosols H2O2. Vaporisé à haute température, il sert à stériliser les emballages alimentaires composites juste avant l'incorporation de leur contenu (liquides UHT tels que lait, jus de fruits). L'oxydation d'une solution de luminol par de l'eau oxygénée produit, sans colorant, une lumière bleue intense sans dégagement de chaleur. C'est une réaction de chimiluminescence, utilisée par exemple dans les bâtons lumineux. C'est un oxydant prometteur pour la synthèse de différents produits chimiques.
Usage médical ou esthétique
Naturellement sécrété par le corps humain, il inhibe la synthèse de pigments colorés, dont la mélanine, et est responsable du blanchissement des cheveux. Il peut servir (à basse concentration, de 2 % jusqu'à 12 %) à décolorer les poils et cheveux, d’où l'expression « blonde peroxydée ». Il est utilisé en coiffure comme fixateur pour achever une permanente ou pour réaliser une coloration d'oxydation. Désinfectant pour un traitement local (code ATC : A01AB02 peroxyde d'hydrogène (eau oxygénée)). Le nettoyage des plaies par l'eau oxygénée doit être prompt, car celle-ci endommage les nouvelles cellules. L'Organisation mondiale de la santé (OMS) a suggéré des solutions antiseptiques pour les mains dans lesquelles l'effet antimicrobien de l'alcool hautement concentré (éthanol ou isopropanol) est renforcé par une faible concentration de peroxyde d'hydrogène tandis que le troisième composant, le glycérol, agit comme humectant. Ces formulations peuvent être préparées localement dans des endroits reculés où les désinfectants commerciaux pour les mains ne sont pas facilement disponibles. Pour ces régions, la synthèse locale de peroxyde d'hydrogène dilué a une immense importance. Combiné avec l’urée sous forme de peroxyde de carbamide , le peroxyde d'hydrogène sert d’éclaircissant dentaire.