1.2 Sistemi di alimentazione
2.1.1 Generalit` a riguardo il perossido di idrogeno
2.1.1.1 Propriet`a chimiche del perossido
Il perossido di idrogeno, noto anche come acqua ossigenata, `e il pi`u semplice dei perossidi. Si presenta con un colore blu pallido, incolore se diluito. Il perossido di idrogeno fu isolato la prima volta nel 1818 da Louis Jacques Th´enard facendo reagire perossido di bario con acido nitrico [1].
Una versione migliorata di questo processo utilizzava
Figura 2.1: Molecola di perossido di idrogeno
acido idrocloridrico, seguito da acido solforico per pre- cipitare i prodotti del solfato di bario. Si pensava che il perossido di idrogeno fosse instabile se puro in quan- to tutti i tentativi di separarlo dall’acqua fallirono. Nel 1894 fu ottenuta acqua ossigenata pura tramite distilla- zione sotto vuoto [2]. E’ debolmente acido e di poco pi`u viscoso dell’acqua. La sua formula chimica `e H2O2. La
sua molecola non `e planare e i due legami O-H formano tra loro un angolo diedro di 111∘ in figura 2.1. In natura virtualmente tutti gli organismi sono in grado di produrre
acqua ossigenata utilizzando enzimi perosidassi che decompongono il perossido di idro- geno in acqua e ossigeno. La capacit`a ossidante dell’acqua ossigenata `e cos`ı forte che chimicamente `e considerato altamente ROS (Reactive Oxygen Species). A temperatura ambiente `e un liquido poco stabile che pu`o esplodere spontaneamente. In particolare il Propulse HTP 875, prodotto da Degussa, mostra le caratteristiche descritte in tabella 2.1. Un altro tipo di perossido di idrogeno utilizzato nella sperimentazione presso Alta
Propriet`a del DEGUSSA Propulse HTP 875
Propriet`a Valore
Concentrazione >87 in peso% Densit`a @ 20∘C 1.376 g/ml Peso molecolare 34.02 g/mol Punto di ebollizione 140∘C Punto di congelamento -16.5∘C
Tabella 2.1: Propriet`a del DEGUSSA Propulse HTP 875
S.p.A, `e il P90, prodotto dalla Peroxide Propulsion, le cui caratteristiche sono elencate in tabella 2.2
Propriet`a del P90
Propriet`a Valore
Concentrazione 89.5-90 in peso% Densit`a @ 20∘C 1.390 kg/l Peso molecolare 34.02 g/mol Punto di ebollizione 141∘C Punto di congelamento -12∘C Calore di decomposizione 2699 kJ/kg
calore di vaporizzazione -1600 kJ/kg
Tabella 2.2: Propriet`a del P90
Rispetto al Propulse HTP 875, il P90 risulta pi`u economico ma anche pi`u stabiliz- zato.
2.1.1.2 Produzione del perossido di idrogeno
L’acqua ossigenata `e stata per lungo tempo prodotta utilizzando il metodo descritto in 2.1.1.1. Adesso viene quasi esclusivamente prodotta tramite il processo detto di Riedl- Pfleiderer e schematizzato in figura 2.2. Nel 1994, la produzione mondiale di perossido di idrogeno `e stata di circa 1.9 milioni di tonnellate ed `e cresciuta a 2.2 milioni nel 2006. La maggior parte della produzione era ad una concentrazione del 70% o inferiore.
Figura 2.2: Schematizzazione del processo chimico per la produzione di H2O2
In quell’anno acqua ossigenata al 30% era venduta a 0.54 $ per chilogrammo, che corrisponderebbe a 1.50 $ per kg di acqua ossigenata pura [3].
2.1.1.3 Rischi nell’utilizzo del perossido
In tabella 2.3 vengono mostrati i rischi che possono intercorrere nell’utilizzo di ac- qua ossigenata secondo il metodo delle Frasi R [4]. Per tali ragioni il metodo Frasi S
Rischiosit`a Perossido di Idrogeno
Codice descrizione
R5 Rischio d’esplosione in presenza di calore R8 Favorisce l’infiammazione di sostanze combustibili
R20 Pericoloso se inalato
R22 Pericoloso se ingerito
R35 Causa gravi ustioni
Tabella 2.3: Rischi dovuti all’utilizzo di perossido di idrogeno
consiglia di tenere lontana questa sostanza da combustibili, di lavare con cura e ab- bondante acqua gli occhi e la pelle in caso di contatto. Per evitare irritazioni prescrive quindi l’utilizzo di abiti e guanti protettivi, nonch´e di una maschera per proteggere occhi e viso. Il Occupational Safety and Health Administration (OSHA) limita l’esposi- zione ammissibile (PEL) per il perossido di idrogeno a 1 parte per milioni (ppm) parti d’aria (1.4 milligrammi per metro cubico (mg/mc) in una media pesata di 8 ore. In particolare l’acqua ossigenata `e irritante per gli occhi, le mucose e la pelle. Inalazione di alte concentrazioni pu`o creare irritazioni al naso e alla gola. Il contatto di perossido li- quido con la pelle pu`o causare un momentaneo sbiancamento o schiarimento della zona. L’area interessata deve essere pertanto sciacquata per evitare lo sviluppo di vesciche ed arrossamenti [5].
Si riportano diversi incidenti legati al perossido di idrogeno. Nel 1998, ad esem- pio, acqua ossigenata al 35% a bordo del Northwest Airlines Flight 957 spill`o da dei contenitori in plastica, ma poich´e fu scambiata per acqua comune, non furono prese
precauzioni e rimasero ferite diversi passeggeri e impiegati aeroportuali. Vi `e anche il rischio che H2O2 venga utilizzato per la produzione di bombe. Basti rircordare che il perossido di idrogeno `e stata utilizzato per la fabbricazione di uno degli ordigni del- l’attentato a Londra del 2005. Fortunatamente la bomba non esplose a causa della scarsa qualit`a della sostanza [3]. Per tale motivazione, l’acquisto di acqua ossigenata ad elevata concentrazione `e legata ad una rigida normativa. Il perossido di idrogeno `e inoltre tristemente noto per essere stato sperimentato da medici nazisti nei campi di concentramento in iniezioni letali.
Un’interessante confronto fra la pericolosit`a del perossido di idrogeno e le idrazine, famiglia di composti usati largamente come propellenti, pu`o essere fatta comparando la tabella 2.3 con la tabella 2.4
Rischiosit`a idrazine
Codice descrizione
R10 Infiammabile
R23-24-25 Tossico a contatto con gli occhi, se ingerito o a contatto con la pelle
R34 Causa gravi ustioni
R43 Causa gravi irritazioni alla pelle
R45 Causa il cancro
R50-53 Tossico per organismi acquatici e ambiente acquatico
Tabella 2.4: Rischi dovuti all’utilizzo di idrazine
Si nota come le idrazine siano delle sostanze altamente pericolose. Il National Insti- tute for Occupational Safety and Health (NIOSH) riporta le concentrazioni che hanno causato mutazioni genetiche o danni al DNA sull’uomo e cavie [6]. Per trattare queste specie chimiche `e pertanto necessario un equipaggiamento particolare e in caso di in- cidente `e indispensabile l’intervento di un medico e l’esposizione a queste sostanze sia personale, sia il rilascio nell’ambiente, `e categoricamente proibita.