Reakcji Fentona jest rozszerzone reakcji utleniania , który polega na inicjowaniu reakcji rozkładu nadtlenku wodoru (H 2 O 2 ) są sole metali w celu wytworzenia rodników (HO • HO•
2itp.). W większości przypadków prowadzi to do powstania rodnika hydroksylowego HO •, który jest drugim najsilniejszym utleniaczem występującym w przyrodzie po fluorze .
Rozkład H 2 O 2 przez jony żelaza proponowali początkowo Haber i Weiss (1934).
Podczas reakcji nadtlenek wodoru utlenia żelazo żelazawe (Fe 2+ ) zgodnie z następującą reakcją utleniania-redukcji:
Fe 2+ (aq) + H 2 O 2 → Fe 3+ (aq) + OH - (aq) + HO •Stała szybkości reakcji wynosi w temperaturze 25 °C : k = 55 mol L -1 s -1 −
Mieszanina żelaza żelazawego i nadtlenku wodoru nazywana jest „odczynnikiem Fentona” i jest bardzo dobrym utleniaczem dla wielu związków organicznych.
Wydajność systemu Fentona jest funkcją wielu czynników, takich jak początkowe stężenie jonów żelazawych i nadtlenku wodoru, początkowe stężenie zanieczyszczenia organicznego , pH , temperatura czy obecność rozpuszczonego tlenu cząsteczkowego.
Dla początkowego stężenia związku organicznego i w danej temperaturze trzy główne parametry, które mogą wpływać na wydajność odczynnika Fentona, to pH roztworu wodnego, początkowe stężenie żelaza żelazawego oraz początkowe stężenie nadtlenku wodoru.
Główną wadą tego procesu jest, aby był skuteczny, kwaśny ośrodek zapobiegający wytrącaniu soli żelaza (zwłaszcza soli żelazowych) do odpowiednich wodorotlenków.
Liczne prace nad procesami Fentona wykazały, że pH około 2,5-3,5 wydaje się być najlepszym zakresem dla optymalnej degradacji zanieczyszczeń organicznych.
Optymalną degradację uzyskuje się przy pH 3 . Przy tym pH powstaje niewiele produktów pośrednich i ulegają one szybkiej degradacji.
Ponieważ reakcja Fentona wymaga tak kwaśnego pH, wymagane są duże początkowe ilości odczynników (co powoduje wysokie koszty produkcji) i generuje dużą ilość odpadów. Dlatego ulepszone metody foto-Fentona i elektro-Fentona stanowią wydajniejsze metody otrzymywania rodnika hydroksylowego .
W obecności nadmiaru nadtlenku wodoru całe żelazo żelazawe ulega szybkiemu utlenieniu. Następnie rozkład H 2 O 2 przez wytworzone żelazo żelazowe Fe 3+ może przebiegać zgodnie z następującą reakcją:
Fe 3+ (aq) + H 2 O 2 → Fe 2+ (aq) + H 2 O (aq) + H +przyczyniając się w ten sposób do częściowej regeneracji żelaza w pożywce. Jednak ta reakcja jest znacznie wolniejsza niż reakcja Fentona.
W licznych badaniach wykazano, że wysokie stężenie katalizatora (Fe 2+ ) w roztworze nie sprzyja lepszej szybkości mineralizacji. Wpływ wysokiego stężenia żelaza jako katalizatora powoduje spadek wydajności na skutek reakcji ubocznej pomiędzy HO • i Fe 2+ :
Fe 2+ + HO • → Fe 3+ + OH -Reakcja Fentona jest obecnie skuteczną metodą zwalczania mikrozanieczyszczeń organicznych obecnych w ściekach przemysłowych i rolniczych oraz, bardziej ogólnie, oczyszczania ścieków .
W agronomii gołe lub zaorane gleby mają działanie hiperoksydacyjne. Słoneczne promienie ultrafioletowe na tego rodzaju glebie wywołują reakcję Fentona, która chemicznie atakuje materię organiczną, degradując żyzność gleby.
Jest również używany do niektórych zabiegów dentystycznych.