С миру по рецепту

Рецепты народной медицины

Подписаться на новости










 

Получение перекиси водорода


Пероксид водорода — Википедия

Перокси́д водоро́да (пе́рекись водорода), H2O2 — простейший представитель пероксидов. Бесцветная жидкость с «металлическим» вкусом, неограниченно растворимая в воде, спирте и эфире. Концентрированные водные растворы взрывоопасны. Пероксид водорода является хорошим растворителем. Из воды выделяется в виде неустойчивого кристаллогидрата H2O2∙2H2O.

Молекула пероксида водорода имеет следующее строение:

Структура молекулы пероксида водорода

Вследствие несимметричности молекула H2O2 сильно полярна (μ = 0,7⋅10−29 Кл·м). Относительно высокая вязкость жидкого пероксида водорода обусловлена развитой системой водородных связей. Поскольку атомы кислорода имеют неподелённые электронные пары, молекула H2O2 также способна образовывать донорно-акцепторные связи.

Молекула пероксида водорода сильно полярна, что приводит к возникновению водородных связей между молекулами. Связь O—O непрочна, поэтому H2O2 — неустойчивое соединение, легко разлагается. Также этому может поспособствовать присутствие ионов переходных металлов. В разбавленных растворах пероксид водорода тоже неустойчив и самопроизвольно диспропорционирует на H2O и O2. Реакция диспропорционирования катализируется ионами переходных металлов, некоторыми белками:

2h3O2→2h3O+O2.{\displaystyle {\mathsf {2H_{2}O_{2}\rightarrow 2H_{2}O+O_{2}}}.}

В присутствии катализаторов разложения в среде кислорода может появляться озон:

h3O2+O2→h3O+O3↑.{\displaystyle {\mathsf {H_{2}O_{2}+O_{2}\rightarrow H_{2}O+O_{3}\uparrow }}.}

Однако очень чистый пероксид водорода вполне устойчив.

Пероксид водорода проявляет слабые кислотные свойства (К = 1,4⋅10−12), и поэтому диссоциирует по двум ступеням:

h3O2⇄H++HO2−;      HO2−⇄H++O22−.{\displaystyle {\mathsf {H_{2}O_{2}\rightleftarrows H^{+}+HO_{2}^{-};~~~~~~HO_{2}^{-}\rightleftarrows H^{+}+O_{2}^{2-}}}.}

При действии концентрированного раствора Н2O2 на некоторые гидроксиды в ряде случаев можно выделить пероксиды металлов, которые можно рассматривать как соли пероксида водорода (Li2O2, MgO2 и др.):

h3O2+2NaOH→Na2O2+2h3O;{\displaystyle {\mathsf {H_{2}O_{2}+2NaOH\rightarrow Na_{2}O_{2}+2H_{2}O}};}
h3O2+Ba(OH)2→BaO2↓+2h3O.{\displaystyle {\mathsf {H_{2}O_{2}+Ba(OH)_{2}\rightarrow BaO_{2}\downarrow +2H_{2}O}}.}

Пероксидная группа [—O—O—] входит в состав многих веществ. Такие вещества называют пероксидами, или пероксидными соединениями. К ним относятся пероксиды металлов (Na2O2, BaO2 и др.). Кислоты, содержащие пероксидную группу, называют пероксокислотами, например, пероксомонофосфорная H3PO5, пероксодисерная H2S2O8 и пероксоазотная HNO4 кислоты.

Окислительно-восстановительные свойства[править | править код]

Пероксид водорода обладает окислительными, а также восстановительными свойствами. Он окисляет нитриты в нитраты, выделяет иод из иодидов металлов, расщепляет ненасыщенные соединения по месту двойных связей. Пероксид водорода восстанавливает соли золота и серебра, а также марганец при реакции с водным раствором перманганата калия в кислой среде.

При восстановлении Н2O2 образуется Н2O или ОН-, например:

h3O2+2KI+h3SO4→I2+K2SO4+2h3O.{\displaystyle {\mathsf {H_{2}O_{2}+2KI+H_{2}SO_{4}\rightarrow I_{2}+K_{2}SO_{4}+2H_{2}O}}.}

При действии сильных окислителей H2O2 проявляет восстановительные свойства, выделяя свободный кислород:

O22−→O2+2e−,{\displaystyle {\mathsf {O_{2}^{2-}\rightarrow O_{2}+2e^{-}}},}

например:

3h3O2+2KMnO4→2MnO2+2KOH+3O2↑+2h3O.{\displaystyle {\mathsf {3H_{2}O_{2}+2KMnO_{4}\rightarrow 2MnO_{2}+2KOH+3O_{2}\uparrow +2H_{2}O}}.}

Реакцию KMnO4 с Н2O2 используют в химическом анализе для определения содержания Н2O2:

5h3O2+2KMnO4+3h3SO4→5O2+2MnSO4+K2SO4+8h3O.{\displaystyle {\mathsf {5H_{2}O_{2}+2KMnO_{4}+3H_{2}SO_{4}\rightarrow 5O_{2}+2MnSO_{4}+K_{2}SO_{4}+8H_{2}O}}.}

Окисление органических соединений пероксидом водорода (например, сульфидов и тиолов) целесообразно проводить в среде уксусной кислоты.

Пероксид водорода относится к реактивным формам кислорода и при повышенном образовании в клетке вызывает оксидативный стресс. Некоторые ферменты, например глюкозоксидаза, образуют в ходе окислительно-восстановительной реакции пероксид водорода, который может играть защитную роль в качестве бактерицидного агента. В клетках млекопитающих нет ферментов, которые бы восстанавливали кислород до перекиси водорода. Однако несколько ферментных систем (ксантиноксидаза, НАДФ•H-оксидаза, циклооксигеназа и др.) продуцируют супероксид, который спонтанно или под действием супероксиддисмутазы превращается в пероксид водорода.

Исторически первым промышленным методом синтеза пероксида водорода был электролиз серной кислоты или раствора сульфата аммония в серной кислоте, в ходе которого образуется пероксодисерная кислота, с последующим гидролизом последней до пероксида и серной кислоты:

h3S2O8+2h3O→h3O2+2h3SO4.{\displaystyle {\mathsf {H_{2}S_{2}O_{8}+2H_{2}O\rightarrow H_{2}O_{2}+2H_{2}SO_{4}}}.}

С середины XX века персульфатный процесс синтеза пероксида водорода был вытеснен антрахиноновым процессом, разработанным компанией BASF в 1930-х[2]. В этом процессе формально идет окисление водорода кислородом воздуха с катализом алкилпроизводными антрахинона:

Процесс основан на автоокислении алкилантрагидрохинонов (обычно 2-этил-, 2-трет-бутил- и 2-пентилантрагидрохинонов) кислородом воздуха с образованием антрахинонов и пероксида водорода. Реакция проводится в растворе алкилантрагидрохинонов в бензоле с добавлением вторичных спиртов, по завершении процесса пероксид водорода экстрагируют из органической фазы водой. Для регенерации исходных антрагидрохинонов бензольный раствор антрахинонов восстанавливают водородом в присутствии каталитических количеств палладия[3].

Пероксид водорода также может быть получен каталитическим окислением изопропилового спирта [4]:

(Ch4)2CHOH+O2→(Ch4)2CO+h3O2,{\displaystyle {\mathsf {(CH_{3})_{2}CHOH+O_{2}\rightarrow (CH_{3})_{2}CO+H_{2}O_{2}}},}

при этом ценным побочным продуктом этой реакции является ацетон, однако в широких масштабах в промышленности этот метод в настоящее время не используется.

В лабораторных условиях для получения пероксида водорода используют реакцию:

BaO2+h3SO4→BaSO4↓+h3O2.{\displaystyle {\mathsf {BaO_{2}+H_{2}SO_{4}\rightarrow BaSO_{4}\downarrow +H_{2}O_{2}}}.}

Концентрирование и очистку пероксида водорода проводят осторожной перегонкой.

В последнее время (кон. XX в.) удалось синтезировать H2O3 и H2O4. Эти соединения весьма неустойчивы. При обычных температурах (н.у.) они разлагаются за доли секунды, однако при низких температурах порядка −70 °C существуют часами. Спектро-химическое исследование показывает, что их молекулы имеют зигзагообразную цепную структуру (подобную сульфанам): H—O—O—O—H, H—O—O—O—O—H[5].

3 % раствор перекиси водорода

Благодаря своим сильным окислительным свойствам пероксид водорода нашёл широкое применение в быту и в промышленности, где используется, например, как отбеливатель на текстильном производстве и при изготовлении бумаги. Применяется как ракетное топливо, в качестве окислителя или как однокомпонентное (с разложением на катализаторе), в том числе для привода турбонасосных агрегатов.[6] Используется в аналитической химии, в качестве пенообразователя при производстве пористых материалов, в производстве дезинфицирующих и отбеливающих средств. В промышленности пероксид водорода также находит своё применение в качестве катализатора, гидрирующего агента, как эпоксидирующий агент при эпоксидировании олефинов.

Хотя разбавленные растворы перекиси водорода применяются для небольших поверхностных ран, исследования показали, что этот метод, обеспечивая антисептический эффект и очищение, также продлевает время заживления[7][8]. Обладая хорошими очищающими свойствами, пероксид водорода на самом деле не ускоряет заживление ран. Достаточно высокие концентрации, обеспечивающие антисептический эффект, могут также продлевать время заживления из-за повреждения прилегающих к ране клеток[9]. Более того, пероксид водорода может мешать заживлению и способствовать образованию рубцов из-за разрушения новообразующихся клеток кожи[10].

Однако в качестве средства для очистки глубоких ран сложного профиля, гнойных затёков, флегмон и других гнойных ран, санация которых затруднена, пероксид водорода остаётся предпочтительным препаратом, так как он обладает не только антисептическим эффектом, но и создаёт большое количество пены при взаимодействии с ферментом каталазой. Это в свою очередь позволяет размягчить и отделить от тканей некротизированные участки, сгустки крови, гноя, которые будут легко смыты последующим введением в полость раны антисептического раствора. Без предварительной обработки пероксидом водорода антисептический раствор не сможет удалить эти патологические образования, что приведет к значительному увеличению времени заживления раны и ухудшит состояние больного.

Перекись водорода применяют для растворения пробок в слуховых каналах. Раствор вступает в реакцию с ушной серой и растворяет пробку.

Пероксид водорода применяется также для обесцвечивания волос[11] и отбеливания зубов[12], однако эффект в обоих случаях основан на окислении, а следовательно — разрушении тканей. Во время отбеливания зубов, однако, не происходит разрушения тканей. Пигментированные белки дентина начинают раскручиваться до первичной структуры (как если бы белок яйца из варёного стал более сырым), при этом связи не разрушаются, то есть этот процесс обратим. Эмаль сама по себе прозрачна, и эффект отбеливания достигается за счет разницы в отражении света дентином.

В пищевой промышленности растворы пероксида водорода применяются для дезинфекции технологических поверхностей оборудования, непосредственно соприкасающихся с продукцией. Кроме того, на предприятиях по производству молочной продукции и соков, растворы перекиси водорода используются для дезинфекции упаковки (технология «Тетра Пак»). Для технических целей пероксид водорода применяют в производстве электронной техники.

В быту применяется также для выведения пятен MnO2, образовавшихся при взаимодействии перманганата калия («марганцовки») с предметами (ввиду его восстановительных свойств).

3%-ный раствор пероксида водорода используется в аквариумистике для оживления задохнувшейся рыбы, а также для очистки аквариумов и борьбы с нежелательной флорой и фауной в аквариуме[13].

С 90-х годов ХХ века 3%-ный раствор пероксида водорода продвигался целителем И. П. Неумывакиным для приёма внутрь как универсальное средство лечения и оздоровления человека. Научного подтверждения допустимости и эффективности данный метод не имеет.

Перекись водорода используется в известном опыте, демонстрирующем многократное увеличение объёма вещества в результате химической реакции[14].

Выпускается в виде водных растворов, стандартная концентрация 1—6 %, 30, 38, 50, 60, 85, 90 и 98 %[источник не указан 189 дней]. 30 % водный раствор пероксида водорода, стабилизированный добавлением фосфатов натрия, называется пергидролем. Выпускаемый в виде таблеток твёрдого клатрата с мочевиной пероксид водорода называется гидроперитом.

Кожа после попадания на неё концентрированного раствора перекиси водорода.

Несмотря на то, что пероксид водорода нетоксичен, его концентрированные растворы при попадании на кожу, слизистые оболочки и в дыхательные пути вызывают ожоги. В больших концентрациях недостаточно чистый пероксид водорода может быть взрывоопасен. Опасен при приёме внутрь концентрированных растворов. Вызывает выраженные деструктивные изменения, сходные с действиями щелочей. Летальная доза 30%-го раствора пероксида водорода (пергидроля) — 50—100 мл[15].

  1. 1 2 http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0335.html
  2. ↑ H. Riedl and G. Pfleiderer, U.S. Patent 2,158,525 (2 October 1936 in USA, and 10 October 1935 in Germany) to I. G. Farbenindustrie, Germany
  3. Jose M. Campos-Martin, Gema Blanco-Brieva, Jose L. G. Fierro; Blanco-Brieva; Fierro. Hydrogen Peroxide Synthesis: An Outlook beyond the Anthraquinone Process (англ.) // Angewandte Chemie International Edition : journal. — 2006. — Vol. 45, no. 42. — P. 6962—6984. — doi:10.1002/anie.200503779. — PMID 17039551.
  4. Burgess, A. R.; Cullis, C. F.; Newitt, E. J. 365. The gaseous oxidation of isopropyl alcohol. Part 1. The influence of temperature, pressure, and mixture composition on the formation of hydrogen peroxide and other products (англ.) // Journal of the Chemical Society (англ.)русск. : journal. — Chemical Society, 1961. — 1 January (no. 0). — P. 1884—1893. — ISSN 0368-1769. — doi:10.1039/JR9610001884.
  5. Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. — 2-е изд. — М.:Высшая школа, 1988. — с. 304.
  6. ↑ Космонавтика, энциклопедия. М., 1985.
  7. O’Connor, Anahd. Really? The Claim: Hydrogen Peroxide Is a Good Treatment for Small Wounds, New York Times (19 июня 2007). Дата обращения 13 июля 2011.
  8. Carroll, Aaron E., Rachel C. Vreeman. Medical myths don't die easily, CNN (12 июля 2011). Дата обращения 13 июля 2011.
  9. ↑ Joseph M. Ascenzi, Handbook of Disinfectant and Antiseptics, CRC Press, 1996, ISBN 0824795245, page 161.
  10. Wilgus T. A., Bergdall V. K., Dipietro L. A., Oberyszyn T. M. Hydrogen peroxide disrupts scarless fetal wound repair (неопр.) // Wound Repair Regen. — 2005. — Т. 13, № 5. — С. 513—519. — doi:10.1111/j.1067-1927.2005.00072.x. — PMID 16176460.
  11. ↑ Средства для осветления волос
  12. ↑ Способы отбеливания зубов
  13. М. Бейли, П. Бергресс. Золотая книга аквариумиста. Полный справочник по уходу за пресноводными тропическими рыбами. — М.: Аквариум ЛТД, 2004.
  14. ↑ Elephant's Toothpaste (неопр.). University of Utah Chemistry Demonstrations. University of Utah. Дата обращения 21 марта 2014.
  15. ↑ Противопоказания к применению перекиси водорода в лечебных целях Архивная копия от 25 августа 2011 на Wayback Machine[неавторитетный источник?]
  • Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. — М.: Высшая школа, 2001.
  • Карапетьянц М. Х., Дракин С. И. Общая и неорганическая химия. — М.: Химия, 1994.

ru.wikipedia.org

Пероксид (перекись) водорода (стр. 1 из 2)

Кроме воды, известно другое соединение водорода с кислородом - пероксид водорода (Н2О2). В природе он образуется как побочный продукт при окислении многих веществ кислородом воздуха. Следы его постоянно содержатся в атмосферных осадках. Пероксид водорода частично образуется также в пламени горящего водорода, но при остывании продуктов сгорания разлагается.

В довольно больших концентрациях (до нескольких процентах) Н2О2 может быть получена взаимодействием водорода в момент выделения с молекулярным кислородом. Пероксид водорода частично образуется также при нагревании до 2000 °С влажного кислорода, при прохождении тихого электрического разряда сквозь влажную смесь водорода с кислородом и при действии на воду ультрафиолетовых лучей или озона.

Теплота образование пероксида водорода.

Непосредственно определить теплоту образования пероксида водорода из элементов не удаётся. Возможность найти её косвенным путём даёт установленный Г. И. Гессом (1840 г.) закон постоянства сумм тепла: общий тепловой эффект ряда последовательных химических реакций равен тепловому эффекту любого другого ряда реакций с теми же самыми исходными веществами и конечными продуктами.

Строго говоря, закон Гесса следовало бы сформулировать, как "закон постоянства сумм энергий", потому что при химических превращениях энергия может выделяться или поглощаться не только в тепловой, но и как механическая, электрическая и др. Кроме того, предполагается, что рассматриваемые процессы протекают при постоянном давлении или постоянном объёме. Как правило, именно так и обстоит дело при химических реакциях, а все другие формы энергии могут быть пересчитаны на тепловую. Сущность этого закона особенно наглядно выявляется в свете следующей механической аналогии: общая работа, производимая опускающимся без трения грузом, зависит не от пути, а только от разности начальной и конечной высот. Подобным же образом общий тепловой эффект той или иной химической реакции определяется только разностью теплот образования (из элементов) её конечных продуктов и исходных веществ. Если всё эти величины известны, то для вычисления теплового эффекта реакции достаточно из суммы теплот образования конечных продуктов вычесть сумму теплот образования исходных веществ. Законом Гесса часто пользуются при вычислении теплот таких реакций, для которых прямое экспериментальное их определение трудно или даже невозможно.

В применении к Н2О2 расчёт можно провести на основе рассмотрения двух различных путей образования воды:

1. Пусть первоначально при соединении водорода и кислорода образуется пероксид водорода, который затем разлагается на воду и кислород. Тогда будем иметь следующие два процесса:

2 Н2 + 2 О2 = 2 Н2О2 + 2х кДж

2 Н2О2 = 2 Н2О + О2 + 196 кДж

Тепловой эффект последней реакции легко определяется экспериментально. Складывая почленно оба уравнения и сокращая одиночные члены, получаем

2 Н2 + О2 = 2 Н2О + (2х + 196) кДж.

2. Пусть при соединении водорода с кислородом непосредственно образуется вода, тогда имеем

2 Н2 + О2 = 2 Н2О + 573 кДж.

Так как в обоих случаях и исходные вещества, и конечные продукты одинаковы, 2х + 196 = 573, откуда х = 188,5 кДж. Это и будет теплота образования моля пероксида водорода из элементов.

Получение.

Пероксид водорода проще всего получать из пероксида бария (ВаО2), действуя на неё разбавленной серной кислотой:

ВаО2 + Н2SO4 = BaSO4 + Н2О2.

При этом наряду с пероксидом водорода образуется нерастворимый в воде сульфат бария, от которого жидкость может быть отделена фильтрованием. Продаётся Н2О2 обычно в виде 3%-ного водного раствора.

Продолжительным упариванием обычного 3%-ного водного раствора Н2О2 при 60-70 °С можно довести содержание в нём пероксида водорода до 30%. Для получения более крепких растворов отгонку воды приходится производить под уменьшенным давлением. Так, при 15 мм рт. ст. сначала (примерно с 30 °С) отгоняется главным образом вода, а когда температура достигает 50 °С, в перегонной колбе остаётся очень концентрированный раствор пероксида водорода, из которого при сильном охлаждении могут быть выделены его белые кристаллы.

Основным методом получения пероксида водорода является взаимодействие с водой надсерной кислоты (или некоторых её солей), легко протекающее по схеме:

Н2S2O8 + 2 H2O = 2 H2SO4 + Н2О2.

Меньшее значение имеют некоторые новые методы (разложение органических пероксидных соединений и др.) и старый способ получения из ВаО2. Для хранения и перевозки больших количеств пероксида водорода наиболее пригодны ёмкости из алюминия (не ниже 99,6%-ной чистоты).

Физические свойства.

Чистый пероксид водорода - бесцветная сиропообразная жидкость (с плотностью около 1,5 г/мл), под достаточно уменьшенным давлением перегоняющуюся без разложения. Замерзание Н2О2 сопровождается сжатием (в отличие от воды). Белые кристаллы пероксида водорода плавятся при -0,5 °С, т. е. почти при той же температуре, что и лёд.

Теплота плавления пероксида водорода составляет 13 кДж/моль, теплота испарения - 50 кДж/моль (при 25 °С). Под обычным давлением чистый Н2О2 кипит при 152 °С с сильным разложением (причём пары могут быть взрывоопасны). Для его критических температуры и давления теоретически рассчитаны значения 458 °С и 214 атм. Плотность чистого Н2О2 равна 1,71 г/см3 в твёрдом состоянии, 1,47 г/см3 при 0 °С и 1,44 г/см3 при 25 °С. Жидкий пероксид водорода, подобно воде, сильно ассоциирована. Показатель преломления Н2О2 (1,41), а также её вязкость и поверхностное натяжение несколько выше, чем у воды (при той же температуре).

Структурная формула.

Структурная формула пероксида водорода Н-О-О-Н показывает, что два атома кислорода непосредственно соединены друг с другом. Связь это непрочна и обусловливает неустойчивость молекулы. Действительно, чистая Н2О2 способна разлагаться на воду и кислород со взрывом. В разбавленных водных растворах она значительно устойчивее.

Оптическими методами установлено, что молекула Н-О-О-Н не линейна: связи Н-О образуют углы около 95° со связью О-О. Крайними пространственными формами молекул подобного типа являются показанные ниже плоские структуры - цис-форма (обе связи Н-О по одну сторону от связи О-О) и транс-форма (связи Н-О по разные стороны).

Переход от одной из них к другой мог бы осуществляться путём поворота связи Н-О по оси связи О-О, но этому препятствует потенциальный барьер внутреннего вращения, обусловленный необходимостью промежуточного преодоления менее энергетически выгодных состояний (на 3,8 кДж/моль для транс-формы и на 15 кДж/моль для цис-формы). Практически круговое вращение связей Н-О в молекулах Н2О2 не осуществляется, а происходит только некоторые их колебания около наиболее устойчивого для данной молекулы промежуточного состояния - косой ("гош") - формы.

Химические свойства.

Чем чище пероксид водорода, тем медленнее она разлагается при хранении. Особенно активными катализаторами разложения Н2О2 являются соединения некоторых металлов (Сu, Fe, Mn и др.), причём заметно действуют даже такие их следы, которые не поддаются прямому аналитическому определению. Для связывания этил металлов к пероксиду водорода в качестве "стабилизатора" часто добавляют немного (порядка 1:10 000) пирофосфата натрия - Na4P2O7.

Сама по себе щелочная Среда не вызывает разложения пероксида водорода, но сильно способствует её каталитическому распаду. Напротив, кислотная среда этот распад затрудняет. Поэтому раствор Н2О2 часто подкисляют серной или фосфорной кислотой. Разложение пероксида водорода идёт быстрее при нагревании и на свету, поэтому хранить его следует в тёмном прохладном месте.

Подобно воде, пероксид водорода хорошо растворяет многие соли. С водой (также со спиртом) она смешивается в любых соотношениях. Разбавленный его раствор имеет неприятный "металлический" вкус. При действии на кожу крепких растворов получаются ожоги, причём обожженное место окрашивается в белый цвет.

Ниже сопоставлена растворимость некоторых солей в воде и пероксиде водорода при 0 °С (г на 100 г растворителя):

Из приведённых примеров видно, что при переходе от Н2О к Н2О2 происходит не простое смещение растворимости в ту или иную сторону, а проявляется его сильная зависимость от химической природы солей.

Несмотря на большое сходство пероксида водорода с водой по составу и ряду свойств, смеси их замерзают при гораздо более низкой температуре, чем каждое вещество в отдельности. Существуют смеси замерзающие лишь ниже -50 °С. При таких условиях может образоваться очень нестойкое соединений состава Н2О2·2Н2О. Следует отметить, что содержащие более 50% Н2О2 водные растворы (равно как и безводный пероксид водорода) весьма склонны к переохлаждению. С эфиром пероксид водорода, подобно воде, смешивается лишь ограничено.

Пероксид водорода является сильным окислителем, т. е. легко отдаёт свой лишний (по сравнению с более устойчивым соединением - водой) атом кислорода. Так, при действии безводной и даже высококонцентрированной Н2О2 на бумагу, опилки и другие горючие вещества они воспламеняются. Практическое применение пероксида водорода основано главным образом на его окисляющем действии. Ежегодное мировое производство Н2О2 превышает 100 тыс. т.

Характерный для пероксида водорода окислительный распад может быть схематически изображён так:

Н2О2 = Н2О + О (на окисление).

mirznanii.com

Перекись водорода — химическая формула

Автор Антонина На чтение 5 мин. Опубликовано

Перекись водорода (Н2О2) — химическое соединение из группы, включающей пероксиды. Впервые вещество было получено Луи Тенаром в 1818 году путем подкисления раствора перекиси бария азотной кислотой. Это сильный окислитель во многих химических реакциях, таких как окисление ракетного топлива (80%), мощное дезинфицирующее и отбеливающее средство.

Перекись водорода классифицируется как одна из активных форм кислорода. Химическая формула агента состоит из двух атомов водорода и двух атомов кислорода. Благодаря этой структуре молекула под действием органических и неорганических веществ, тепла, света быстро разлагается с выделением атомарного кислорода. Дезинфицирующее действие самой перекиси водорода довольно слабое, но при распаде, оно проявляется быстро и эффективно благодаря свободным атомам кислорода.

Химическая формула перекиси водорода, строение молекулы

Н-О-O-H-связи вокруг атомов кислорода в молекуле h3O2 расположены под углом (аналогично H-O-H-связям в воде), причем атомы H-O-O-H образуют двугранный угол (в твердой фазе около 90°).

Физические свойства пероксида

Чистый пероксид водорода сильно отличается от знакомого всем 3%раствора, который присутствует в каждой в домашней аптечке.

При комнатной температуре он является сиропообразной, бесцветной (концентрированная принимает бледно-голубой цвет), жидкостью с температурой замерзания -0,41 ° С и температурой кипения около 150 ° С. Вязкость у Н2О2 такая же, как и у чуть охлажденной (примерно до 13° С) воды.

Хорошо растворяется в полярных (органических) растворителях и до любой концентрации — в воде. Имеет металлический привкус. Молярная масса 34,01 г/моль.

Химические свойства

Пероксид обладает сильными окислительными свойствами, возникающими в результате образования атомарного кислорода:

h3O2 → h3O + O

Чистая перекись водорода без стабилизаторов — очень нестабильна и подвергается экзотермическому разложению, часто взрывчатому. Это происходит под воздействием воды, кислорода, под воздействием тепла, при контакте с некоторыми металлами (например, марганцем), оксидами металлов и ультрафиолетом.

2h3O2 → 2h3O + O2

Подобное разложение катализируется многими веществами, например, серебром и платиной, оксидом марганца, соединениями йода:

h3O2 + I → h3O + IO

h3O2 + IO → h3O + I+ O2

Эффективным ферментом, который расщепляет перекись водорода, является каталаза.

Благодаря тому, что пергидроль легко реагирует со многими металлами и разлагается при контакте со светом, его следует хранить в герметично закрытой таре, изготовленной из толстостенного полиэтилена или алюминия, не подвергаться воздействию дневного света и источников тепла. Его смесь с карбонатом гидрата натрия (Na2CO3 · 1,5h3O2) является относительно стабильной и безопасной в использовании.

Перекись водорода имеет слабые кислотные свойства. Слабее угольной кислоты. В водных растворах диссоциирует в соответствии с уравнением:

Н2О2 = Н+ +ООН-

В присутствии восстановителей пероксид водорода ведет себя как окислитель (O-I → O-II), например :

2 Nh3OH + 6h3O2 → 2 HNO3 + 8h3O

В присутствии окислителей пероксид показывает восстановительные свойства (O-I → O0), например, в реакции с перманганатом калия в кислых условиях :

2KMnO4 + 5h3O2 + 3h3SO4 → 2MnSO4 + 5O2 + K2SO4 + 8h3O

или с солями серебра (I) в щелочной среде:

2AgNO3 + h3O2 + 2KOH → 2Ag + O2 + 2h3O + 2KNO3

Это агрессивное вещество для живых тканей. При контакте с кожей появляется белый цвет.

Получение — синтез пероксида водорода с использованием метода антрахинона.

В настоящее время hydrogen получают в промышленности методом антрахинона. путем окисления 2-этил-9,10-антрацендиола кислородным газом, прошедшим через раствор этого соединения в смеси подходящих растворителей. Перекись отделяют экстракцией воды и оставляют в растворе.

Этиллантрахинон регенерируют восстановлением газообразным водородом до 2-этил-9,10-антрацендиола, катализируемого палладием на подходящем носителе или соединениях никеля. В методах промышленного производства цикл обеих реакций (окисление и восстановление) осуществляется поочередно.

Разведенный водный раствор перекиси, полученный в этом процессе, концентрируют осторожным выпариванием воды при пониженном давлении, получая таким образом раствор с максимальной концентрацией 70%. Большая концентрация приводит к взрыву. Более концентрированные растворы и полностью чистый пероксид, может быть получен путем быстрого замораживания его из водного концентрированного раствора.

Интересные химические опыты с перекисью водорода — видео:

Водные растворы перекиси водорода и их применение

Перекись водорода в чистом виде не является коммерчески доступным веществом, поскольку законы большинства европейских стран и США запрещают его продажу по соображениям безопасности. В торговле (максимум 70% растворов) это соединение доступно после соблюдения особых условий (правила RID и ADR), а наиболее распространенной коммерческой формой является пергидроль 30% водный раствор и 3-5% растворы для домашнего использования, называемые перекисью водорода.

Перекись в растворе 3-3,5% используется для дезинфекции ран, и такие растворы для непосредственного использования доступны в аптеках. h3O2 оказывает особенно сильное разрушающее действие на анаэробные бактерии (анаэробы).

Дезинфекция раны с использованием перекиси водорода значительно снижает риск попадания бактерий в организм через поврежденный эпидермис. Быстрое уничтожение бактерий во время дезактивации также разрушает клетки крови, вытекающие из раны, а также часть клеток кожи, подвергнутых повреждению.

7-15% растворы обычно используются в качестве так называемых «Активных кислородных отбеливателей» в бытовой химии, 5% водный раствор используется для обесцвечивания волос. Очень разбавленные растворы (прибл. 1%) применяются в народной медицине для перорального применения. До сих пор считаются спорным способом лечения некоторых видов рака.

sodaperekis.ru

свойства, получение, применение :: SYL.ru

Пероксид водорода (формула Н2О2) является простейшим представителем пероксидов. Чаще всего это вещество называют перекисью водорода.

Свойства

Оно представляет собой бесцветную жидкость, имеющую металлический вкус, которая в любых соотношениях растворяется водой, спиртом и эфиром. Водные растворы пероксида являются взрывоопасными: например, если опустить в него йодид натрия, то будет происходить вот такая реакция (фото слева).

Также это хороший растворитель, образующий при выделении его из воды неустойчивый кристаллогидрат. Пероксид водорода может служить как окислителем, так и восстановителем, так как все атомы кислорода в нем имеют промежуточную степень окисления, равную -1. Примером демонстрации его окислительных свойств может служить реакция с сульфитом натрия. Продуктами этой реакции станут сернокислый натрий (сульфат) и вода. Если с этим пероксидом взаимодействуют сильные окислители, то в такой реакции он восстанавливается до кислорода. К примеру, опустим в чистый пероксид водорода нитрат серебра, тогда продуктами данной реакции будут серебро, газообразный кислород (который тут же улетучивается) и азотная кислота. Обсуждаемое сейчас соединение является неустойчивым и поэтому может легко разлагаться. Самопроизвольно диспропорционирует на воду и кислород при смешении с разбавленными растворами. Однако в чистом виде пероксид водорода является очень устойчивым веществом. Если концентрированный раствор этого соединения будет действовать на некоторые гидроксиды, то реакция заканчивается образованием пероксидов металлов, рассматривающихся в качестве его солей. Пероксид водорода является реактивной формой кислорода, и его повышенное образование в клетке приводит к оксидативному стрессу. В живом организме он может получаться благодаря окислительно-восстановительным реакциям некоторых ферментов, где выступает в защитной роли как бактерицидный агент. Млекопитающие не имеют ферментов, восстанавливающих перекись водорода из кислорода. Однако некоторые ферментные системы могут продуцировать супероксид, впоследствии превращающийся в нужное вещество.

Получение пероксида водорода

В промышленности перекись водорода образуют при реакциях, в которых участвуют органические вещества, например, каталитически окисляют изопропиловый спирт. Помимо искомой перекиси, при этом процессе получают еще и ценный побочный продукт - ацетон. Также пероксид водорода образуется и при электролизе серной кислоты. В лаборатории его получают взаимодействием оксида бария и серной кислоты. Продуктами данной реакции являются сульфат бария и искомая перекись. Ее концентрируют и очищают при осторожной перегонке.

Применение

В текстильном производстве и изготовлении бумаги используют пероксид водорода в качестве отбеливателя. Еще он нужен в качестве ракетного топлива и для привода турбонасосных агрегатов. Пероксид водорода необходим и аналитической химии как катализатор, эпоксидирующий и гидрирующий агент, а также в роли пенообразователя, с помощью которого производят пористые материалы, дезинфицирующие и отбеливающие средства. Этой перекисью очищают раны, обесцвечивают волосы и отбеливают зубы. Пищевая промышленность тоже многим обязана растворам пероксида водорода, так как ими дезинфицируют технологические поверхности оборудования, которые напрямую соприкасаются с продукцией, а также упаковки. Еще данная перекись способна выводить пятна оксида четырехвалентного марганца, и это свойство обширно используют в быту.

Заключение

Вот до чего бывает полезен пероксид водорода. Как видите, он нужен не только в медицине, но и во многих других отраслях промышленности.

www.syl.ru

Пероксид водорода ⚗️ структурная формула, химические и физические свойства, способы получения, применение в домашних условиях, с какими веществами реагирует

Строение молекулы и физические свойства

Перекись водорода относится к простейшим представителям группы пероксидов. Её получают в промышленности и лаборатории несколькими способами. Структурная формула перекиси водорода обозначается h3O2. Степень окисления у атомов кислорода -1.

Молекула вещества представлена двумя OH-группами, которые связаны пероксидным -О-О-мостиком и лежат в разных плоскостях. Угол между ними меняется в зависимости от температуры, концентрации раствора и других условий.

Пероксид представлен в виде бесцветной жидкости с «металлическим» вкусом и специфическим запахом. Вязкая консистенция обусловлена развитой системой водородных связей в молекулярной структуре.

Основные физические свойства перекиси водорода:

  • Температура кипения: 150,2°C.
  • Температура замерзания: -0,432°C.
  • Плотность: 1,46 г/см3.

Молекула вещества является полярной, поскольку её строение несимметричное. Соединение может неограниченно растворяться в воде, эфире и спирте. Чистое вещество неустойчиво и способно самопроизвольно разлагаться со взрывом.

Химические особенности

Поскольку оба атома кислорода находятся в промежуточной степени окисления -1, антисептическое средство может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Оно участвует в реакциях окисления нитритов до нитратов и выделении иодов из иодидов металлов. Также вещество может расщеплять ненасыщенные соединения.

Перекись обладает слабыми кислотными свойствами, поэтому она диссоциирует по двум ступеням:

  • h3O2↔H++OOH−
  • OOH−↔H++O22−

Вещество по степени кислотности немного сильнее h3O. Некоторые пероксиды металлов можно рассматривать как его соли. В кислой среде перекись служит окислителем, а в щелочной — восстановителем.

Реагируя с более сильными окислителями, например, с солями серебра и золота, водород служит восстановителем и окисляется до атомарного кислорода. В реакции с нитритом калия вещество выступает окислителем. Если молекула принимает электрон на внешний уровень, тогда степень окисления кислорода меняется на -2; если она его отдаёт, тогда соединение становится восстановителем. Окисление органических веществ пероксидом обычно проводят в уксусной кислоте.

Способы получения вещества

Сначала пероксид водорода получали в промышленности с помощью электролиза серной кислоты или раствора сульфата аммония в h3SO4. В результате реакции получалась надсерная кислота. После гидролиза вещества образовывались пероксид и серная кислота.

В середине XX века открыли новый способ получения перекиси водорода. Антрахиноновый процесс был разработан компанией BASF. При этом методе водород окисляется кислородом воздуха, после чего образуются антрахиноны и пероксид водорода. Реакцию проводят в растворе алкилантрагидрохинонов в бензоле, который служит катализатором. В него также добавляют вторичные спирты. На завершительной стадии процесса катализатор убирают, а из получившейся смеси продуктов выделяют пероксид водорода путём перегонки при сниженном давлении.

В лабораторных условиях вещество получают с помощью пероксида бария и соляной кислоты. Уравнение взаимодействия соединений: BaO2+2HCl → BaCl2+h3O2. Получившийся хлорид бария осаждают в виде сульфата. Пероксид водорода также можно извлечь при помощи каталитического окисления изопропилового спирта.

В некоторых источниках есть информация, что нужное вещество может образоваться при взаимодействии пероксида бария с серной кислотой, однако такую технологию обычно не используют. Поскольку осадок сульфата бария формируется на зёрнах его пероксида, реагент покрывается нерастворимой оболочкой, которая замедляет реакцию и выход нужного продукта.

Меры предосторожности

Во время работы с концентрированным раствором перекиси необходимо соблюдать меры безопасности. Хотя вещество нетоксично, при попадании в дыхательные пути или на кожный покров и слизистые оно вызывает сильные ожоги. Недостаточно чистый пероксид высокой концентрации может быть взрывоопасен. Всю работу с веществом нужно проводить в «беспылевых» условиях и при отсутствии ионов металлов.

Растворы перекиси водорода относятся к 3-му классу опасности. Вещество может вызывать деструктивные изменения, которые схожи с действием щелочей. Летальная доза пергидроля (название раствора концентрации 30%) составляет 50−100 мл.

Упаковку с аптечным средством необходимо хранить в тёмном месте. При транспортировке нужно избегать встряхивания вещества и других механических воздействий, которые могут привести к его разложению.

Сферы использования

Пероксид водорода может быть разной концентрации. Поскольку растворы обладают различными свойствами, их часто используют в промышленности и быту:

  • Вещество применяется при создании бумаги, дезинфицирующих средств и в текстильном производстве в качестве отбеливателя.
  • За окислительные свойства пероксид водорода используют как ракетное топливо.
  • В аналитической химии при изготовлении пористых материалов средство применяют в качестве пенообразователя.
  • В промышленности простейший представитель пероксидов зарекомендовал себя как катализатор и гидрирующий агент.
  • В аквариумистике 3%-й раствор помогает очистить резервуары для воды, бороться с паразитами, а также способен оживить задохнувшихся рыб.
  • В пищевой промышленности пероксид используется для дезинфекции упаковок для различных напитков и поверхностей оборудования, с которым контактируют продукты.
  • В сфере быта средство помогает вывести пятна марганцовки на предметах мебели и текстиле, а также в качестве домашнего антисептика.

Перекись широко используется в области косметологии. Ею обесцвечивают волосы и отбеливают зубы. Поскольку процесс основан на окислении, локоны часто портятся, поэтому вещество не советуют применять обладателям тонких и повреждённых прядей. С зубами не наблюдается дефектов, поскольку с прозрачной эмалью эффект отбеливания достигается за счёт разницы в отражении света дентином.

Применение в области медицины

Широкое применение перекиси водорода нашли в медицине. Средство с бактерицидным механизмом действия предназначено для внешнего использования. Перед применением необходимо тщательно изучить инструкцию к лекарству.

Формы выпуска пероксида водорода:

  • Раствор разведённый 1−3%. Применяется для полоскания полости рта и в качестве препарата местного действия.
  • Раствор концентрированный 27−31%. Это средство используется редко и только по назначению специалиста. Обычно для обработок его разводят до 3%-го раствора. Лекарство предназначено для лечения заболеваний кожного покрова.
  • Гидроперит. Лекарство представлено соединением 35%-го раствора пероксида с карбамидом. Выпускается в форме таблеток. В таком виде препарат легче перевозить и хранить. Чтобы сделать раствор, необходимо растворить в воде 2 таблетки на 100 мл жидкости.

Препаратом лечат гнойные раны и воспалённые слизистые оболочки. Средство используется при носовых и капиллярных кровотечениях, а также для промывки и глубокой очистки ран. Медицинским раствором обрабатывают ротовую полость и горло при ангине, стоматите или тонзиллите. Средство также избавляет кожный покров от пигментных пятен. С помощью лекарства убирают серные пробки при чистке ушей. Препарат применяется в гинекологии для лечения различных женских патологий.

При лёгкой механической очистке ватный тампон смачивают в 3%-м растворе и обрабатывают им поражённые участки кожи. Для компрессов применяют перекись с концентрацией 1 процент. Продолжительность процедуры не должна превышать 30 мин. Для обработки участков кожи с пигментными пятнами используют пергидроль. Ротовую полость или органы половой системы обрабатывают 0,25%-м раствором.

Применение перекиси водорода противопоказано при индивидуальной непереносимости вещества. В редких случаях негативные последствия могут проявиться в жжении во время процедуры и аллергии в виде красных пятен на коже. При длительной терапии после обработок ротовой полости может возникнуть гипертрофия сосочков языка. Если соблюдать дозировку и схему применения перекиси водорода в соответствии с инструкцией, тогда получится избежать побочных действий.


nauka.club

Перекись водорода « Попаданцев.нет

Перекись водорода (H2O2) в концентрации 3% свободно продается в аптеках. Там же можно найти и 40% перекись, она называется пергидроль.
Свойства тоже известны, это очень сильный окислитель, в аптеке он нужен потому, что в живой клетке вызывает окислительный стресс и как результат — имеет неплохие бактерицидные свойства.

А давайте-ка посмотрим, как в древнее время можно было бы получить эту самую перекись, а заодно понять для чего о может пригодиться…

Перекись водорода была открыта в 1818 году действием серной кислоты на пероксид бария, собственно эта схема остается рабочей во всех лабораториях до сих пор:

ВаО2 + Н24 = BaSO4 + H2O2

Сам процесс прост до безобразия — в неконцентрованную серную кислоту добавляем пероксид бария, проходит реакция, выпадает нерастворимая соль бария, жидкость профильтровать.
Кстати, во время открытия перекиси в 1818 году пероксид бария разводили не серной, а соляной кислотой.

В домашних условия народ получал перекись из бенгальских огней — счищал обмазку (которая есть нитрат бария), и промывал ее спиртом (чтобы удалить клей).
Потом спирт отфильтровать, полученное высыпать в воду, нагреть, профильтровать и кристаллизовать.
Для получение пероксида бария необходимо полученные кристаллы прокалить (до 500oC). Тут главное — дым получается очень едкий, нужно быть крайне осторожным.

Вопрос в том, где взять пероксид бария в древности?
Это, как всегда, задача. Но в реальности барий был открыт в 1602 году в Болонье (там рядом месторождения «тяжелой земли»), поэтому запас времени у попаданца точно есть.
Эту «тяжелую землю» или «тяжелые камни» (а они были настолько тяжелые, что местные алхимики решили, что в них есть золото) нужно прокалить при тех же 500-600oC. Потому что эта земля — оксид бария, а нам нужен пероксид.

Несколько другим способом является получение перекиси водорода электролизом серной кислоты, этим методом получают его в промышленных масштабах.
Метод этот как бы непопаданческий, но вкратце рассмотрим.
Собираем установку, сосуд объемом 250-300 мл сверху закрываем асбестом (процесс выделяет много тепла O2 + 2Н —> Н2O2 + 138 ккал).
Внутри сосуда катод находится в отдельной стеклянном цилиндре диаметром 3 см, из которого выходит стеклянная трубка, в которую необходимо подавать чистый кислород.
Анод висит свободно, но выше уровня катода. В асбестовой пластинке возле анода делают отверстие, из которого будет выделятся кислород, который желательно собирать.
Напряжение на гальванической батарее — порядка 10 В.
Анод и катод платиновые, что очень снижает время получения такой установки. Платина в реальности стала доступна через 100 — 150 лет после бария. А тут еще — асбест, плюс достаточно заморочливое стеклодувное исполнение, и плюс чистый кислород…

Итак, у полученной перекиси водорода надо бы поднять концентрацию.
Это можно сделать холодной перегонкой. Одну колбу поставить на лед (там будет собираться перекись), соединить со второй трубкой, во вторую налить полученную перекись и нагреть. Хотя нагреть — громкое слово, нужно делать это очень осторожно, потому что разница температур перекиси водорода и обычной воды невелика.
Тем не менее, таким способом можно получить концентрацию в 20-30%, выше таким образом не получиться, нужно перегонять при пониженном давлении (пергидроль получают вакуумной перегонкой). Тем не менее, эта концентрация вполне достаточна для наших целей… А какие наши цели?

Конечно, можно использовать перекись как антисептик. Но он не только удлиняет время заживления ран, он получается дорогой — куда дороже классической карболки, которая есть очищенный креозот. Хотя много чище и практичнее.
Но это не даст максимума эффективности попаданцу, на этом не разбогатеешь.


Есть другой метод использования перекиси, поинтереснее. И значительно более практичный.
Это — окраска волос в белый цвет.

Вообще если посмотреть в историю, то блондинки почему-то были много где популярны. Разбирать сей феномен сейчас не будем, просто примем как факт.
И методов осветления искали много, всяких отваров из трав было изобретено множество.
Особенно популярными блондинки были в Италии (где там залежи оксида бария, возле Болоньи?). Это повелось еще со времен Римской Империи, когда начали завозить рабынь из Скандинавии, вызывающих у черноволосых итальянок завистливый шок. Итальянки даже придумали специальную шляпу «солану» — шляпу с большими полями,но без верха. Волосы пропускались наверх через отверстие и раскладывались на полях, после чего девушка отправлялась на солнце. Волосы при этом выгорали и теряли свой естественный цвет.
Эту моду вспомнили и во время Эпохи Возрождения в той же Италии, только тогда еще модным стало завивать волосы (опять-таки прямые гладкие волосы вышли из моды, их было слишком много).

Понятно, что такое развлечение было достаточно популярным — тут главное иметь праздное время в момент солнцепека.
И тут появляется попаданец с перекисью…

ИМХО, если правильно поставить дело, то можно заработать столько, что начать строить паровой двигатель в Древнем Риме, и неважно нужен ли он там!

www.popadancev.net

ВОДОРОДА ПЕРОКСИД

ВОДОРОДА ПЕРОКСИД (старое название – перекись водорода), соединение водорода и кислорода Н2О2, содержащее рекордное количество кислорода – 94% по массе. В молекулах Н2О2 содержатся пероксидные группы –О–О– (см. ПЕРОКСИДЫ), которые во многом определяют свойства этого соединения.

Впервые пероксид водорода получил в 1818 французский химик Луи Жак Тенар (1777 – 1857), действуя сильно охлажденной соляной кислотой на пероксид бария:

BaO2 + 2HCl  BaCl2 + H2O2. Пероксид бария, в свою очередь, получали сжиганием металлического бария. Для выделения из раствора Н2О2 Тенар удалил из него образовавшийся хлорид бария: BaCl2 + Ag2SO4  2AgCl + BaSO4. Чтобы не использовать дорогую соль серебра в последующем для получения Н2О2 использовали серную кислоту: BaO2 + H2SO4  BaSO4 + H2O2, поскольку при этом сульфат бария остается в осадке. Иногда применяли другой способ: пропускали углекислый газ во взвесь ВаО2 в воде: BaO2 + H2O + CO2  BaCO3 + H2O2, поскольку карбонат бария также нерастворим. Этот способ предложил французский химик Антуан Жером Балар (1802–1876), прославившийся открытием нового химического элемента брома (1826). Применяли и более экзотические методы, например, действие электрического разряда на смесь 97% кислорода и 3% водорода при температуре жидкого воздуха (около –190° С), так был получен 87%-ный раствор Н2О2.

Концентрировали Н2О2 путем осторожного упаривания очень чистых растворов на водяной бане при температуре не выше 70–75° С; так можно получить примерно 50%-ный раствор. Сильнее нагревать нельзя – происходит разложение Н2О2, поэтому отгонку воды проводили при пониженном давлении, используя сильное различие в давлении паров (и, следовательно, в температуре кипения) Н2О и Н2О2. Так, при давлении 15 мм рт.ст. сначала отгоняется в основном вода, а при 28 мм рт.ст. и температуре 69,7° С, отгоняется чистый пероксид водорода. Другой способ концентрирования – вымораживание, так как при замерзании слабых растворов лед почти не содержит Н2О2. Окончательно можно обезводить поглощением паров воды серной кислотой на холоде под стеклянным колоколом.

Многие исследователи 19 в., получавшие чистый пероксид водорода, отмечали опасность этого соединения. Так, когда пытались отделить Н2О2 от воды путем экстракции из разбавленных растворов диэтиловым эфиром с последующей отгонкой летучего эфира, полученное вещество иногда без видимых причин взрывалось. В одном из таких опытов немецкий химик Ю.В.Брюль получил безводный Н2О2, который обладал запахом озона и взорвался от прикосновения неоплавленной стеклянной палочки. Несмотря на малые количества Н2О2 (всего 1–2 мл) взрыв был такой силы, что пробил круглую дыру в доске стола, разрушил содержимое его ящика, а также стоящие на столе и поблизости склянки и приборы.

Физические свойства. Чистый пероксид водорода очень сильно отличается от знакомого всем 3%-ного раствора Н2О2, который стоит в домашней аптечке. Прежде всего, он почти в полтора раза тяжелее воды (плотность при 20° С равна 1,45 г/см3). Замерзает Н2О2 при температурой немного меньшей, чем температура замерзания воды – при минус 0,41° С, но если быстро охладить чистую жидкость, она обычно не замерзает, а переохлаждается, превращаясь в прозрачную стеклообразную массу. Растворы Н2О2 замерзают при значительно более низкой температуре: 30%-ный раствор – при минус 30° С, а 60%-ный – при минус 53° С. Кипит Н2О2 при температуре более высокой, чем обычная вода, – при 150,2° С. Смачивает стекло Н2О2 хуже, чем вода, и это приводит к интересному явлению при медленной перегонке водных растворов: пока из раствора отгоняется вода, она, как обычно, поступает из холодильника в приемник в виде капель; когда же начинает перегоняться Н2О2, жидкость выходит из холодильника в виде непрерывной тоненькой струйки. На коже чистый пероксид водорода и его концентрированные растворы оставляют белые пятна и вызывают ощущение жгучей боли из-за сильного химического ожога.

В статье, посвященной получению пероксида водорода, Тенар не очень удачно сравнил это вещество с сиропом, возможно, он имел в виду, что чистый Н2О2, как и сахарный сироп, сильно преломляет свет. Действительно, коэффициент преломления безводного Н2О2 (1,41) намного больше, чем у воды (1,33). Однако то ли в результате неверного толкования, то ли из-за плохого перевода с французского, практически во всех учебниках до сих пор пишут, что чистый пероксид водорода – «густая сиропообразная жидкость», и даже объясняют это теоретически – образованием водородных связей. Но ведь вода тоже образует водородные связи. На самом деле вязкость у Н2О2 такая же, как и у чуть охлажденной (примерно до 13° С) воды, но нельзя сказать, что прохладная вода густая, как сироп.

Реакция разложения. Чистый пероксид водорода – вещество очень опасное, так как при некоторых условиях возможно его взрывное разложение: Н2О2  Н2О + 1/2 О2 с выделением 98 кДж на моль Н2О2 (34 г). Это очень большая энергия: она больше, чем та, которая выделяется при образовании 1 моля HCl при взрыве смеси водорода и хлора; ее достаточно, чтобы полностью испарить в 2,5 раза больше воды, чем образуется в этой реакции. Опасны и концентрированные водные растворы Н2О2, в их присутствии легко самовоспламеняются многие органические соединения, а при ударе такие смеси могут взрываться. Для хранения концентрированных растворов используют сосуды из особо чистого алюминия или парафинированные стеклянные сосуды.

Чаще приходится встречаться с менее концентрированным 30%-ным раствором Н2О2, который называется пергидролем, но и такой раствор опасен: вызывает ожоги на коже (при его действии кожа сразу же белеет из-за обесцвечивания красящих веществ), при попадании примесей возможно взрывное вскипание. Разложение Н2О2 и его растворов, в том числе и взрывное, вызывают многие вещества, например, ионы тяжелых металлов, которые при этом играют роль катализатора, и даже пылинки.

Взрывы Н2О2 объясняются сильной экзотермичностью реакции, цепным характером процесса и значительным снижением энергии активации разложения Н2О2 в присутствии различных веществ, о чем можно судить по следующим данным:

Катализатор

Энергия активации, кДж/моль

Относительная скорость реакции при 25° С

Без катализатора

73

1

Ионы I

56

1,1·103

Платина

48

2,3·104

Ионы Fe2+

42

2,5·105

Каталаза

7

3·1011

Фермент каталаза содержится в крови; именно благодаря ей «вскипает» от выделения кислорода аптечная «перекись водорода», когда ее используют для дезинфекции порезанного пальца. Реакцию разложения концентрированного раствора Н2О2 под действием каталазы использует не только человек; именно эта реакция помогает жуку-бомбардиру бороться с врагами, выпуская в них горячую струю (см. ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА). Другой фермент – пероксидаза действует иначе: он не разлагает Н2О2, но в его присутствии происходит окисление других веществ пероксидом водорода.

Ферменты, влияющие на реакции пероксида водорода, играют большую роль в жизнедеятельности клетки. Энергию организму поставляют реакции окисления с участием поступающего из легких кислорода. В этих реакциях промежуточно образуется Н2О2, который вреден для клетки, так как вызывает необратимое повреждение различных биомолекул. Каталаза и пероксидаза совместно превращают Н2О2 в воду и кислород.

Реакция разложения Н2О2 часто протекает по радикально-цепному механизму (см. ЦЕПНЫЕ РЕАКЦИИ), при этом роль катализатора заключается в инициировании свободных радикалов. Так, в смеси водных растворов Н2О2 и Fe2+ (так называемый реактив Фентона) идет реакция переноса электрона с иона Fe2+ на молекулу H2O2 с образованием иона Fe3+ и очень неустойчивого анион-радикала [H2O2]. , который сразу же распадается на анион ОН и свободный гидроксильный радикал ОН. (см. СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫ). Радикал ОН. очень активен. Если в системе есть органические соединения, то возможны их разнообразные реакции с гидроксильными радикалами. Так, ароматические соединения и оксикислоты окисляются (бензол, например, превращается в фенол), непредельные соединения могут присоединить гидроксильные группы по двойной связи: СН2=СН–СН2ОН + 2ОН.  НОСН2–СН(ОН)–СН2–ОН, а могут вступить в реакцию полимеризации. В отсутствие же подходящих реагентов ОН. реагирует с Н2О2 с образованием менее активного радикала НО2., который способен восстанавливать ионы Fe2+, что замыкает каталитический цикл:

H2O2 + Fe2+  Fe3+ + OH. + OH

ОН. + Н2О2  H2O + HO2.

HO2. + Fe3+  Fe2+ + O2 + H+

H+ + OH  H2O.

При определенных условиях возможно цепное разложение Н2О2, упрощенный механизм которого можно представить схемой

ОН. + Н2О2  H2O + HO2.2. + H2O2  H2O + O2 + OH. и т.д.

Реакции разложения Н2О2 идут в присутствии различных металлов переменной валентности. Связанные в комплексные соединения, они часто значительно усиливают свою активность. Например, ионы меди менее активны, чем ионы железа, но связанные в аммиачные комплексы [Cu(NH3)4]2+, они вызывают быстрое разложение Н2О2. Аналогичное действие оказывают ионы Mn2+ связанные в комплексы с некоторыми органическими соединениями. В присутствии этих ионов удалось измерить длину цепи реакции. Для этого сначала измерили скорость реакции по скорости выделения из раствора кислорода. Затем в раствор ввели в очень малой концентрации (около 10–5 моль/л) ингибитор – вещество, эффективно реагирующее со свободными радикалами и обрывающее таким образом цепь. Выделение кислорода сразу же прекратилось, но примерно через 10 минут, когда весь ингибитор израсходовался, снова возобновилось с прежней скоростью. Зная скорость реакции и скорость обрыва цепей, нетрудно рассчитать длину цепи, которая оказалась равной 103 звеньев. Большая длина цепи обусловливает высокую эффективность разложения Н2О2 в присутствии наиболее эффективных катализаторов, которые с высокой скоростью генерируют свободные радикалы. При указанной длине цепи скорость разложения Н2О2 фактически увеличивается в тысячу раз.

Иногда заметное разложение Н2О2 вызывают даже следы примесей, которые почти не обнаруживаются аналитически. Так, одним из самых эффективных катализаторов оказался золь металлического осмия: сильное каталитическое действие его наблюдалось даже при разведении 1:109, т.е. 1 г Os на 1000 т воды. Активными катализаторами являются коллоидные растворы палладия, платины, иридия, золота, серебра, а также твердые оксиды некоторых металлов – MnO2, Co2O3, PbO2 и др., которые сами при этом не изменяются. Разложение может идти очень бурно. Так, если маленькую щепотку MnO2 бросить в пробирку с 30%-ным раствором Н2О2, из пробирки вырывается столб пара с брызгами жидкости. С более концентрированными растворами происходит взрыв. Более спокойно протекает разложение на поверхности платины. При этом на скорость реакции сильное влияние оказывает состояние поверхности. Немецкий химик Вальтер Шпринг провел в конце 19 в. такой опыт. В тщательно очищенной и отполированной платиновой чашке реакция разложения 38%-ного раствора Н2О2 не шла даже при нагревании до 60° С. Если же сделать иглой на дне чашки еле заметную царапину, то уже холодный (при 12° С) раствор начинает выделять на месте царапины пузырьки кислорода, а при нагревании разложение вдоль этого места заметно усиливается. Если же в такой раствор ввести губчатую платину, обладающую очень большой поверхностью, то возможно взрывное разложение.

Быстрое разложение Н2О2 можно использовать для эффектного лекционного опыта, если до внесения катализатора добавить к раствору поверхностно-активное вещество (мыло, шампунь). Выделяющийся кислород создает обильную белую пену, которую назвали «зубной пастой для слона».

Некоторые катализаторы инициируют нецепное разложение Н2О2, например:

H2O2 + 2I + 2H+  2H2O + I2

I2 + H2O2  2I + 2H+ + O2.

Нецепная реакция идет и в случае окисления ионов Fe2+ в кислых растворах: 2FeSO4 + H2O2 + H2SO4  Fe2(SO4)3 + 2H2O.

Поскольку в водных растворах почти всегда есть следы различных катализаторов (катализировать разложение могут и ионы металлов, содержащихся в стекле), к растворам Н2О2, даже разбавленным, при их длительном хранении добавляют ингибиторы и стабилизаторы, связывающие ионы металлов. При этом растворы слегка подкисляют, так как при действии чистой воды на стекло получается слабощелочной раствор, что способствует разложению Н2О2.

Все эти особенности разложения Н2О2 позволяют разрешить противоречие. Для получения чистого Н2О2 необходимо проводить перегонку при пониженном давлении, поскольку вещество разлагается при нагревании выше 70° С и даже, хотя очень медленно, при комнатной температуре (как сказано в Химической энциклопедии, со скоростью 0,5% в год). В таком случае, как же получена фигурирующая в той же энциклопедии температура кипения при атмосферном давлении, равная 150,2° С? Обычно в таких случаях используют физико-химическую закономерность: логарифм давления пара жидкости линейно зависит от обратной температуры (по шкале Кельвина), поэтому если точно измерить давление пара Н2О2 при нескольких (невысоких) температурах, то легко можно рассчитать, при какой температуре это давление достигнет 760 мм рт.ст. А это и есть температура кипения при обычных условиях.

Теоретически радикалы ОН. могут образоваться и в отсутствие инициаторов, в результате разрыва более слабой связи О–О, но для этого нужна довольно высокая температура. Несмотря на относительно небольшую энергию разрыва этой связи в молекуле Н2О2 (она равна 214 кДж/моль, что в 2,3 раза меньше, чем для связи Н–ОН в молекуле воды), связь О–О все же достаточно прочная, чтобы пероксид водорода был абсолютно устойчив при комнатной температуре. И даже при температуре кипения (150° С) он должен разлагаться очень медленно. Расчет показывает, что при этой температуре разложение на 0,5% должно происходить тоже достаточно медленно, даже если длина цепи равна 1000 звеньев. Несоответствие расчетов и опытных данных объясняется каталитическим разложением, вызванным и мельчайшими примесями в жидкости и стенками реакционного сосуда. Поэтому измеренная многими авторами энергия активации разложения Н2О2 всегда значительно меньше, чем 214 кДж/моль даже «в отсутствие катализатора». На самом деле катализатор разложения всегда есть – и в виде ничтожных примесей в растворе, и в виде стенок сосуда, именно поэтому нагревание безводного Н2О2 до кипения при атмосферном давлении неоднократно вызывало взрывы.

В некоторых условиях разложение Н2О2 происходит очень необычно, например, если нагреть подкисленный серной кислотой раствор Н2О2 в присутствии иодата калия KIO3, то при определенных концентрациях реагентов наблюдается колебательная реакция, при этом выделение кислорода периодически прекращается, а потом возобновляется с периодом от 40 до 800 секунд.

Химические свойства Н2О2. Пероксид водорода – кислота, но очень слабая. Константа диссоциации H2O2H+ + HO2 при 25° С равна 2,4·10–12, что на 5 порядков меньше, чем для H2S. Средние соли Н2О2 щелочных и щелочноземельных металлов обычно называют пероксидами (см. ПЕРОКСИДЫ). При растворении в воде они почти полностью гидролизуются: Na2O2 + 2H2O  2NaOH + H2O2. Гидролизу способствует подкисление растворов. Как кислота Н2О2 образует и кислые соли, например, Ва(НО2)2, NaHO2 и др. Кислые соли менее подвержены гидролизу, но легко разлагаются при нагревании с выделением кислорода: 2NaHO2  2NaOH + O2. Выделяющаяся щелочь, как и в случае Н2О2, способствует разложению.

Растворы Н2О2, особенно концентрированные, обладают сильным окислительным действием. Так, при действии 65%-ного раствора Н2О2 на бумагу, опилки и другие горючие вещества они воспламеняются. Менее концентрированные растворы обесцвечивают многие органические соединения, например, индиго. Необычно идет окисление формальдегида: Н2О2 восстанавливается не до воды (как обычно), а до свободного водорода: 2НСНО + Н2О2  2НСООН + Н2. Если взять 30%-ный раствор Н2О2 и 40%-ный раствор НСНО, то после небольшого подогрева начинается бурная реакция, жидкость вскипает и пенится. Окислительное действие разбавленных растворов Н2О2 больше всего проявляется в кислой среде, например, H2O2 + H2C2O4  2H2O + 2CO2, но возможно окисление и в щелочной среде:

Na[Sn(OH)3] + H2O2 + NaOH  Na2[Sn(OH)6]; 2K3[Cr(OH)6] + 3H2O2  2KCrO4 + 2KOH + 8H2O.

Окисление черного сульфида свинца до белого сульфата PbS + 4H2O2  PbSO4 + 4H2O можно использовать для восстановления потемневших свинцовых белил на старых картинах. Под действием света идет окисление и соляной кислоты:

H2O2 + 2HCl  2H2O + Cl2. Добавление Н2О2 к кислотам сильно увеличивает их действие на металлы. Так, в смеси H2O2 и разбавленной H2SO4 растворяются медь, серебро и ртуть; иод в кислой среде окисляется до иодной кислоты HIO3, сернистый газ – до серной кислоты и т.д.

Необычно происходит окисление калий-натриевой соли винной кислоты (сегнетовой соли) в присутствии хлорида кобальта в качестве катализатора. В ходе реакции KOOC(CHOH)2COONa + 5H2O2  KHCO3 + NaHCO3 + 6H2O + 2CO2 розовый CoCl2 изменяет цвет на зеленый из-за образования комплексного соединения с тартратом – анионом винной кислоты. По мере протекания реакции и окисления тартрата комплекс разрушается и катализатор снова розовеет. Если вместо хлорида кобальта использовать в качестве катализатора медный купорос, то промежуточное соединение, в зависимости от соотношения исходных реагентов, будет окрашено в оранжевый или зеленый цвет. После окончания реакции восстанавливается синий цвет медного купороса.

Совершенно иначе реагирует пероксид водорода в присутствии сильных окислителей, а также веществ, легко отдающих кислород. В таких случаях Н2О2 может выступать и как восстановитель с одновременным выделением кислорода (так называемый восстановительный распад Н2О2), например:

2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4  K2SO4 + 2MnSO4 + 5O2 + 8H2O;

Ag2O + H2O2  2Ag + H2O + O2;

О3 + Н2О2  H2O + 2O2;

NaOCl + H2O2  NaCl + H2O + O2.

Последняя реакция интересна тем, что в ней образуются возбужденные молекулы кислорода, которые испускают оранжевую флуоресценцию (см. ХЛОР АКТИВНЫЙ). Аналогично из растворов солей золота выделяется металлическое золото, из оксида ртути получается металлическая ртуть и т.д. Такое необычное свойство Н2О2 позволяет, например, провести окисление гексацианоферрата(II) калия, а затем, изменив условия, восстановить продукт реакции в исходное соединение с помощью того же реактива. Первая реакция идет в кислой среде, вторая – в щелочной:

2K4[Fe(CN)6] + H2O2 + H2SO4  2K3[Fe(CN)6] + K2SO4 + 2H2O;

2K3[Fe(CN)6] + H2O2 + 2KOH  2K4[Fe(CN)6] + 2H2O + O2.

(«Двойственный характер» Н2О2 позволил одному преподавателю химии сравнить пероксид водорода с героем повести известного английского писателя Стивенсона Странная история доктора Джекила и мистера Хайда, под влиянием придуманного им состава он мог резко изменять свой характер, превращаясь из добропорядочного джентльмена в кровожадного маньяка.)

Получение Н2О2. Молекулы Н2О2 всегда получаются в небольших количествах при горении и окислении различных соединений. При горении Н2О2 образуется либо при отрыве атомов водорода от исходных соединений промежуточными гидропероксидными радикалами, например: HO2. + CH4  H2O2 + CH3., либо в результате рекомбинации активных свободных радикалов: 2ОН.  Н2О2, Н. + НО2.  Н2О2. Например, если кислородно-водородное пламя направить на кусок льда, то растаявшая вода будет содержать в заметных количествах Н2О2, образовавшийся в результате рекомбинации свободных радикалов (в пламени молекулы Н2О2 немедленно распадаются). Аналогичный результат получается и при горении других газов. Образование Н2О2 может происходить и при невысокой температуре в результате различных окислительно-восстановительных процессов.

В промышленности пероксид водорода уже давно не получают способом Тенара – из пероксида бария, а используют более современные методы. Один из них – электролиз растворов серной кислоты. При этом на аноде сульфат-ионы окисляются до надсульфат-ионов: 2SO42– – 2e  S2O82–. Надсерная кислота затем гидролизуется:

H2S2O8 + 2H2O  H2O2 + 2H2SO4.

На катоде, как обычно, идет выделение водорода, так что суммарная реакция описывается уравнением 2H2O  H2O2 + H2. Но основной современный способ (свыше 80% мирового производства) – окисление некоторых органических соединений, например, этилантрагидрохинона, кислородом воздуха в органическом растворителе, при этом из антрагидрохинона образуются Н2О2 и соответствующий антрахинон, который потом снова восстанавливают водородом на катализаторе в антрагидрохинон. Пероксид водорода извлекают из смеси водой и концентрируют перегонкой. Аналогичная реакция протекает и при использовании изопропилового спирта (она идет с промежуточным образованием гидропероксида): (СН3)2СНОН + О2  (СН3)2С(ООН)ОН  (СН3)2СО + Н2О2. При необходимости образовавшийся ацетон также можно восстановить до изопропилового спирта.

 Применение Н2О2. Пероксид водорода находит широкое применение, а его мировое производство исчисляется сотнями тысяч тонн в год. Его используют для получения неорганических пероксидов, как окислитель ракетных топлив, в органических синтезах, для отбеливания масел, жиров, тканей, бумаги, для очистки полупроводниковых материалов, для извлечения из руд ценных металлов (например, урана путем перевода его нерастворимой формы в растворимую), для обезвреживания сточных вод. В медицине растворы Н2О2 применяют для полоскания и смазывания при воспалительных заболеваниях слизистых оболочек (стоматиты, ангина), для лечения гнойных ран. В пеналах для хранения контактных линз в крышку иногда помещают очень небольшое количество платинового катализатора. Линзы для их дезинфекции заливают в пенале 3%-ным раствором Н2О2, но так как этот раствор вреден для глаз, пенал через некоторое время переворачивают. При этом катализатор в крышке быстро разлагает Н2О2 на чистую воду и кислород.

Когда-то модно было обесцвечивать волосы «перекисью», сейчас для окраски волос существуют более безопасные составы.

В присутствии некоторых солей пероксид водорода образует как бы твердый «концентрат», который удобнее перевозить и использовать. Так, если к сильно охлажденному насыщенному раствору борнокислого натрия (буры) добавить Н2О2 в присутствии, постепенно образуются большие прозрачные кристаллы пероксобората натрия Na2[(BO2)2(OH)4]. Это вещество широко используется для отбеливания тканей и как компонент моющих средств. Молекулы Н2О2, как и молекулы воды, способны внедряться в кристаллическую структуру солей, образуя подобие кристаллогидратов – пероксогидраты, например, К2СО3·3Н2О2, Na2CO3·1,5H2O; последнее соединение широко известное под названием «персоль». Так называемый «гидроперит» CO(NH2)2·H2O2 представляет собой клатрат – соединение включения молекул Н2О2 в пустоты кристаллической решетки мочевины.

В аналитической химии с помощью пероксида водорода можно определять некоторые металлы. Например, если к раствору соли титана(IV) – сульфата титанила добавить пероксид водорода, раствор приобретает ярко-оранжевый цвет вследствие образования надтитановой кислоты:

TiOSO4 + H2SO4 + H2O2  H2[TiO2(SO4)2] + H2O. Бесцветный молибдат-ион MoO42– окисляется Н2О2 в интенсивно окрашенный в оранжевый цвет пероксидный анион. Подкисленный раствор дихромата калия в присутствии Н2О2 образует надхромовую кислоту: K2Cr2O7 + H2SO4 + 5H2O2  H2Cr2O12 + K2SO4 + 5H2O, которая довольно быстро разлагается: H2Cr2O12 + 3H2SO4  Cr2(SO4)3 + 4H2O + 4O2. Если сложить эти два уравнения, получится реакция восстановления пероксидом водорода дихромата калия:

K2Cr2O7 + 4H2SO4 + 5H2O2  Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 9H2O + 4O2.

Надхромовую кислоту можно извлечь из водного раствора эфиром (в растворе эфира она значительно более устойчива, чем в воде). Эфирный слой при этом окрашивается в интенсивный синий цвет.

Илья Леенсон

ЛИТЕРАТУРА

Долгоплоск Б.А., Тинякова Е.И. Генерирование свободных радикалов и их реакции. М., Химия, 1982 Химия и технология перекиси водорода. Л., Химия, 1984

studfile.net

Пероксид водорода

Пероксид водорода

Пероксид водорода (перекись водорода), H2O2 - простейший представитель пероксидов. Бесцветная жидкость с «металлическим» вкусом, неограниченно растворимая в воде, спирте и эфире. Концентрированные водные растворы взрывоопасны. Пероксид водорода является хорошим растворителем. Из воды выделяется в виде неустойчивого кристаллогидрата H2O2 • 2H2O.

 

 


Строение молекулы

Молекула Н2O2 содержит в своем составе пероксидный анион O2-2 . Каждый атом кислорода образует 2 ковалентные связи, но имеет степень окисления, равную -1. В упрощенном виде строение молекулы отражает графическая формула:

H+1-O-1-O-1-H+1

Физические свойства

В чистом безводном виде Н2O2 - бесцв. сиропообразная жидкость с плотностью 1,45 г/см3 (т. пл. -0,41°С, т. кип. 150,2°С). Смешивается с водой в любых соотношениях, растворяется также в спирте, эфире. 30%-ный р-р Н2O2 называют пергидролем. Подобно воде, Н2O2 - хороший полярный растворитель, в котором вещества с ионной и полярной ковалентной связью диссоциируют на ионы.

Химические свойства

Разложение Н2O2 (диспропорционирование)

2O2 = 2Н2O + O2

2O-1 - 2e- → O20

2O-1 +2e- → 2О-2

При Т > 90° С пероксид водорода разлагается практически полностью. Причиной непрочности молекул Н2O2 является неустойчивость атома кислорода в степепени окисления -1.

Н2O2 - слабая кислота

Молекулы Н2O2 в незначительной степени диссоциируют в водном растворе по схеме:

Н2O2 = Н+ + HO2-

дисс = 1,5 * 10-12 при 20°С)

Кислотные свойства проявляются в реакциях со щелочами с образованием солей - средних (пероксидов) и кислых (гидропероксидов), например:

Н2O2 + Ва(ОН)2 = ВаO2 + 2Н2O пероксид бария

Гидролиз пероксидов металлов

Хотя по составу пероксиды напоминают оксиды, они на самом деле обладают свойствами солей. В водных растворах полностью гидролизуются с выделением Н2O2:

К2O2 + 2Н2O = 2КОН + Н2O2

Получение Н2O2 из пероксидов металлов

Так как Н2O2 - очень слабая кислота, то она вытесняется из своих солей как сильными кислотами, так и слабыми, например:

ВаO2 + H2SO4 = Н2O2 + BaSO4

ВаO2 + СO2 + Н2O = Н2O2 + ВаСO3

Н2O2 сильный окислитель

Атомы кислорода, находящиеся в неустойчивой степени окисления -1, стремятся приобрести еще один электрон для перехода в устойчивое состояние. Поэтому пероксид водорода проявляет очень сильные окислительные свойства, особенно в кислой среде:

Н2O-2 + 2H+ + 2e- → 2Н2O-2

Окисление неорганических веществ

Примеры:

ЗН2O2 + 2NH3 = N2 + 6Н2O

2O2 + H2S = H2SO4 + 4Н2O

Н2O2 + 2HI = I2 + 2Н2O

2O2 + PbS = PbSO4 + 4Н2O

ЗН2O2 + 2СrСl3 + 10КОН = 2К2СrO4 + 6KCl + 8Н2O

Н2O2 + 2FeSO4 + H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 2Н2O

Окисление органических веществ

Конц. водные растворы Н2O2 в смеси с органическими веществами способны к воспламенению и взрыву при ударе. Например, органические кислоты окисляются до СO2 и Н2О(как при горении в O2):

2O2 + CH3COOH = 2CO2↑ + 6Н2O

Н2O2 + Н2С2O4 = 2СO2↑ + 2Н2O

Пероксиды щел. Me - очень сильные окислители

Окисляют многие неорганические и органические вещества, например:

4Na2O2 + СН3СООН = 2Na2CO3 + 4NaOH

Na2O2 + SO2 = Na2SO4

Важной реакцией является диспропорционирование пероксида Na при взаимодействии с углекислым газом:

2Na2O2 + 2СO2 = 2Na2CO3 + O2

На этой реакции основано использование Na2O2 в автономных дыхательных аппаратах и в замкнутых помещениях для поглощения СO2 и образования O2.

Н2O2 - слабый восстановитель (в реакциях с очень сильными окислителями)

Окисление пероксида водорода обычно протекает по схеме:

2O-2 - 2e- → O02↑ + 2H+

Примеры реакций:

2O2 + 2КМnO4 + 3H2SO4 = 5O2↑ + 2MnSO4 + K2SO4 + 8Н2O

ЗН2O2 + К2Сr2O7 + 4H2SO4 = 3O2↑ + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7Н2O

2O2 + KClO3 = 3O2↑ + KCl + 3Н2O

2O2 + 2AuCl3 = 3O2↑ + 2Au + 6HCl

examchemistry.com

Пероксид водорода - это... Что такое Пероксид водорода?

Перокси́д водоро́да (перекись водорода), H2O2 — простейший представитель пероксидов. Бесцветная жидкость с «металлическим» вкусом, неограниченно растворимая в воде, спирте и эфире. Концентрированные водные растворы взрывоопасны. Пероксид водорода является хорошим растворителем. Из воды выделяется в виде неустойчивого кристаллогидрата H2O2•2H2O.

Молекула пероксида водорода имеет следующее строение:

Вследствие несимметричности молекула H2O2 сильно полярна (μ = 0,7·10−29 Кл·м). Относительно высокая вязкость жидкого пероксида водорода обусловлена развитой системой водородных связей. Поскольку атомы кислорода имеют неподелённые электронные пары, молекула H2O2 также способна образовывать донорно-акцепторные связи.

Химические свойства

Оба атома кислорода находятся в промежуточной степени окисления −1, что и обуславливает способность пероксидов выступать как в роли окислителей, так и восстановителей. Наиболее характерны для них окислительные свойства:

При взаимодействии с сильными окислителями пероксид водорода выступает в роли восстановителя, окисляясь до кислорода:

Молекула пероксида водорода сильно полярна, что приводит к возникновению водородных связей между молекулами. Связь O—O непрочна, поэтому H2O2 — неустойчивое соединение, легко разлагается. Так же этому может поспособствовать присутствие ионов переходных металлов. В разбавленных растворах пероксид водорода тоже не устойчив и самопроизвольно диспропорционирует на H2O и O2.Реакция диспропорционирования катализируется ионами переходных металлов, некоторыми белками:

Однако очень чистый пероксид водорода устойчив.

Пероксид водорода проявляет слабые кислотные свойства (К = 1,4·10−12), и поэтому диссоциирует по двум ступеням:

При действии концентрированного раствора Н2O2 на некоторые гидроксиды в ряде случаев можно выделить пероксиды металлов, которые можно рассматривать как соли пероксида водорода (Li2O2, MgO2 и др.):

Пероксид водорода может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Например, при взаимодействии с оксидом серебра он является восстановителем:

В реакции с нитритом калия соединение служит окислителем:

Пероксидная группа [—O—O—] входит в состав многих веществ. Такие вещества называют пероксидами, или пероксидными соединениями. К ним относятся пероксиды металлов (Na2O2, BaO2 и др.). Кислоты, содержащие пероксидную группу, называют пероксокислотами, например, пероксомонофосфорная H3PO5 и пероксидисерная H2S2O8 кислоты.

Окислительно-восстановительные свойства

Пероксид водорода обладает окислительными, а также восстановительными свойствами. Он окисляет нитриты в нитраты, выделяет иод из иодидов металлов, расщепляет ненасыщенные соединения по месту двойных связей. Пероксид водорода восстанавливает соли золота и серебра, а также кислород при реакции с водным раствором перманганата калия в кислой среде.

При восстановлении Н2O2 образуется Н2O или ОН-, например:

При действии сильных окислителей H2O2 проявляет восстановительные свойства, выделяя свободный кислород:

Реакцию KMnO4 с Н2O2 используют в химическом анализе для определения содержания Н2O2:

Окисление органических соединений пероксидом водорода (например, сульфидов и тиолов) целесообразно проводить в среде уксусной кислоты.

Биологические свойства

Перекись водорода относится к реактивным формам кислорода и при повышенном образовании в клетке вызывает оксидативный стресс. Некоторые ферменты, например глюкозоксидаза, образуют в ходе окислительно-восстановительной реакции пероксид водорода, который может играть защитную роль в качестве бактерицидного агента. В клетках млекопитающих нет ферментов, которые бы восстанавливали кислород до перекиси водорода. Однако, несколько ферментных систем (ксантиноксидаза, НАД(Ф)H-оксидаза, циклоксигеназа и др.) продуцируют супероксид, который спонтанно или под действием супероксиддисмутазы превращается в перекись водорода.

Получение

Пероксид водорода получают в промышленности при реакции с участием органических веществ, в частности, каталитическим окислением изопропилового спирта:

Ценным побочным продуктом этой реакции является ацетон.

В промышленных масштабах пероксид водорода получают электролизом серной кислоты, в ходе которого образуется надсерная кислота, и последующим разложением последней до пероксида и серной кислоты.

В лабораторных условиях для получения пероксида водорода используют реакцию:

Концентрирование и очистку пероксида водорода проводят осторожной перегонкой.

Применение

3 % раствор перекиси водорода

Благодаря своим сильным окислительным свойствам пероксид водорода нашёл широкое применение в быту и в промышленности, где используется, например, как отбеливатель на текстильном производстве и при изготовлении бумаги. Применяется как ракетное топливо — в качестве окислителя или как однокомпонентное (с разложением на катализаторе). Используется в аналитической химии, в качестве пенообразователя при производстве пористых материалов, в производстве дезинфицирующих и отбеливающих средств. В промышленности пероксид водорода также находит свое применение в качестве катализатора, гидрирующего агента, как эпоксидирующий агент при эпоксидировании олефинов.

Хотя разбавленные растворы перекиси водорода применяется для небольших поверхностных ран, исследования показали что этот метод обеспечивая антисептический эффект и очищение и удлиняет время заживления.[1][2] Обладая хорошими очищающими свойствами, перекись водорода на самом деле не ускоряет заживление ран. Достаточно высокие концентрации, обеспечивающие антисептический эффект, могут также удлинять время заживления из-за повреждения прилегающих к ране клеток.[3] Более того, перекись водорода может мешать заживлению и способствовать образованию рубцов из-за разрушения новообразующихся клеток кожи.[4] Однако, в качестве средства для очистки глубоких ран сложного профиля, гнойных затеков, флегмон, и других гнойных ран санация которых затруднена, перикись водорода остается препаратом выбора. Так как она обладает не только антисептическим эффектом, но и продуцирует большое количество пены, при взаимодействии с ферментом пероксидазой. Что в свою очередь позволяет размягчить и отделить от тканей некротизированные участки, сгустки крови, гноя, которые буду легко смыты последующим введением в полость раны антисептического раствора. Без предварительной обработки перекисью водорода, антисептический раствор не сможет удалить данные патологические образования, что приведет значительному увеличению времени заживления раны, и ухудшит состояние больного.

Перекись водорода применяется также для обесцвечивания волос[5] и отбеливания зубов[6], однако эффект в обоих случаях основан на окислении, а следовательно, разрушении тканей, и потому такое применение (особенно в отношении зубов) не рекомендуется специалистами.

В пищевой промышленности растворы пероксида водорода применяются для дезинфекции технологических поверхностей оборудования, непосредственно соприкасающихся с продукцией. Кроме того, на предприятиях по производству молочной продукции, соков, растворы перекиси водорода используются для дезинфекции упаковки (технология «Тетра Пак»). Для технических целей пероксид водорода применяют в производстве электронной техники.

В быту применяется также для выведения пятен MnO2, получившихся при взаимодействии перманганата калия «марганцовки» с предметами (ввиду его окислительных свойств).

Пероксид водорода в аквариумистике

В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 29 апреля 2012.

3%-ный раствор пероксида водорода используется в аквариумистике для оживления задохнувшейся рыбы, а также для очистки аквариумов и борьбы с нежелательной флорой и фауной в аквариуме (гидры, планарии, паразиты, водоросли, бактерии и др.)

Формы выпуска

Выпускается в виде водных растворов, стандартная концентрация 1-6 %, 30, 38, 50, 60, 85, 90 и 98 %. 30 % водный раствор пероксида водорода, стабилизированный добавлением фосфатов натрия, называется пергидролем.

См.также: Гидроперит

Опасность применения

Кожа после попадания на неё 30% раствора перекиси водорода.

Несмотря на то, что пероксид водорода не токсичен, его концентрированные растворы при попадании на кожу, слизистые оболочки и в дыхательные пути вызывают ожоги. В больших концентрациях недостаточно чистый пероксид водорода может быть взрывоопасен. Опасен при приёме внутрь концентрированных растворов. Вызывает выраженные деструктивные изменения, сходные с действиями щелочей. Летальная доза 30%-го раствора пероксида водорода (пергидроля) — 50—100 мл.[7]

Ссылки

  1. O’Connor, Anahd. Really? The Claim: Hydrogen Peroxide Is a Good Treatment for Small Wounds, New York Times (19 июня 2007). Проверено 13 июля 2011.
  2. Carroll, Aaron E., Rachel C. Vreeman. Medical myths don't die easily, CNN (12 июля 2011). Проверено 13 июля 2011.
  3. Joseph M. Ascenzi, Handbook of Disinfectant and Antiseptics, CRC Press, 1996, ISBN 0824795245, page 161.
  4. Wilgus TA, Bergdall VK, Dipietro LA, Oberyszyn TM (2005). «Hydrogen peroxide disrupts scarless fetal wound repair». Wound Repair Regen 13 (5): 513–9. DOI:10.1111/j.1067-1927.2005.00072.x. PMID 16176460.
  5. Средства для осветления волос
  6. Способы отбеливания зубов
  7. Противопоказания к применению перекиси водорода в лечебных целях

NIST Chemistry WebBook

Литература

  • Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. — М.: Высшая школа, 2001.
  • Карапетьянц М. Х., Дракин С. И. Общая и неорганическая химия. — М.: Химия, 1994.

dic.academic.ru

Способ получения перекиси водорода

Изобретение относится к технологии электрохимических производств неорганических перекисных соединений, а именно к получению щелочных растворов пероксида водорода катодным восстановлением кислорода. Разработанный способ получения щелочных растворов пероксида водорода найдет широкое применение в различных отраслях промышленности, например в технологиях обезвреживания широкого спектра экотоксикантов.

Известен патент RU №222174 «Способ получения щелочного раствора пероксида водорода и диоксида хлора» Хаммер-Ольсен Рой и др. Бюл. №2, 20.01.2004 [1], по которому водный раствор соли щелочного металла, содержащий хлорат, подают в анодное отделение электрохимической ячейки. В качестве анода применяют Ti-Ru DSA (240 см2), а восстанавливающим кислород катодом является графитовый войлок (поверхность внешняя 240 см2, истинная 104 см2). Кислород и воду подают в катодное отделение электрохимической ячейки. Катодное и анодное пространства разделены катионообменной мембраной Nafion-450. Часть щелочного раствора пероксида водорода, полученного в электрохимической ячейки, отбирают в качестве целевого продукта, а часть возвращают в анодное отделение электрохимической ячейки. На выпуске анолита температура составляет приблизительно 35-40°С, а давление - приблизительно 240-500 кПа. На выпуске католита температура составляет приблизительно 40-44°С, а давление - приблизительно 101-450 кПа. Из практических соображений ячейка работает с однократным прохождением католита, в то время как анолит, выходящий из ячейки, подвергается рециркуляции и частично нейтрализуется с использованием гидроксида натрия перед повторным введением в анодное отделение. Подкисленный раствор соли щелочного металла подают в реактор для получения СlO2 по реакции СlO3-+2Н++е→СlO2+H2O, в которой подается различными восстанавливающими веществами, например метанолом, перекисью водорода. Смесь СlO2 и О2 из реактора направляют в абсорбер, где СlO2 абсорбируется водой, а кислород выводят и направляют в катодное отделение электрохимической ячейки. Отработанную реакционную среду из реактора подают в электрохимическую ячейку с получением NaOH и водного раствора соли щелочного металла, содержащего хлорат, который снова направляют в анодное отделение электрохимической ячейки. Изобретение позволяет получать Н2О2 с выходом по току 67-84% и сульфат как побочный продукт.

Рассмотренный патент перспективен для использования в целллюлозно-бумажной промышленности для отбелки или делигнификации целлюлозной волокнистой массы. Однако применение данного способа для целей получения нескольких неорганических перекисных соединений встречает серьезные ограничения из-за следующих недостатков:

1. пожаро-, взрывоопасности хлоратов - они сильные окислители, и главная опасность при работе с ними - образование воспламеняющихся и взрывоопасных смесей с органическими соединениями, порошками металлов, соединениями аммиака, ПДК в.р.з. 5 мг/м3, степень токсичности 2;

2. использование драгоценных металлов, что приводит к значительным эксплуатационным затратам;

3. материал катода графитовый войлок затрудняет диффузию продуктов электролиза.

Известен патент US №3529997 «Porous electrode for the production of peroxide solutions», Donald H. Gragaard [2], в котором используют пористый гидрофобный электрод для электрохимического восстановления кислорода. Основа из пористого графита содержит полимер с окислительно-восстановительными свойствами, молекулы которого имеют группы гидрохинонного строения. Полимер является продуктом конденсации гидрохинона и формальдегида.

Процедура изготовления электрода сложна.

Готовится реакционная смесь смешением 22 весовых частей гидрохинона с 1,9 весовой частью фенола и 32 частями 37% водного раствора формальдегида. К этой смеси добавляется 0,3 весовой части 6% NaOH, и затем смесь нагревается с обратным холодильником в течение 1/2 часа. Получающаяся довольно вязкая реакционная смесь охлаждается и разбавляется 32 весовыми частями спирта. Такая смесь наносится на гидрофобную поверхность графита, далее сушится на воздухе для удаления растворителя и затем полимеризуется при 105°С (сушится при 105°С для отверждения полимера).

Пероксид водорода образуется в результате окисления кислородом полимера до хинонной формы, а процесс электровосстановления используется для перевода полимера из хинонной в гидрохинонную структуру. На таких катодах в 1% КОН при токовой нагрузке 6А и напряжении 16 В с инжекцией воздуха образуется в течение 1 часа 0,918 г/л пероксида водорода.

Недостатками предложенной технологии получения пероксида водорода являются:

1. сложность, высокие материальные затраты, многостадийность процедуры получения каталитически активного слоя окислительно-восстановительного полимера на пористой гидрофобной поверхности графита;

2. применение легковоспламеняющихся, токсичных реагентов;

3. высокие энергетические затраты, напряжение 16 В на электролизере, что может указывать на значительные омические потери на катоде с окислительно-восстановительным полимером в результате неудовлетворительного сцепления каталитически активного слоя с основой из пористого гидрофобного графита;

4. низкая каталитическая активность таких катодов из-за быстрого намокания в результате диффузии электролита в поры;

5. отсутствие оценки ресурса работы таких электродов от толщины покрытия.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является изобретение по а.с. SU №1393850 «Способ получения щелочного раствора пероксида водорода» [3], в котором разбавленные щелочные растворы пероксида водорода получают катодным восстановлением кислорода на углеграфитовом газодиффузионном гидрофобизированном электроде при подачи кислорода с тыльной стороны катода в количестве 100-400% от стехиометрии и электролиз ведут при катодной плотности тока 500-1200 А/м2 и при этом на аноде проводят окисление серной кислоты.

Существенные недостатки предложенного способа:

- низкая рентабильность, низкая эффективность процесса электросинтеза пероксида водорода;

- низкая каталитическая активность углеграфитовых газодиффузионных гидрофобизированных катодов, низкие выхода по току окислителя, суммарный выход по току ~150%;

- не указан состав углеграфитовых газодиффузионных гидрофобизированных катодов;

- применение в качестве анода дефицитной, дорогой платины.

Вышеописанный способ по совокупности функциональных признаков наиболее близок к предлагаемому изобретению и принят как прототип для сравнения технических, технологических и функциональных показателей.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание рентабельного, высокоэффективного способа получения щелочных растворов пероксида водорода.

Поставленная задача решается тем, что в процессе электросинтеза перекиси водорода применяется католит, состоящий из 1% NaOH+0,1 г/л MgSO4+10-3 М С6Н4(ОН)2 при подаче озон-кислородной смеси к катоду.

Поставленная задача решается тем, что в качестве катодного материала используется углеграфитовый волокнистый материал тканной структуры.

Поставленная задача решается также тем, что углеграфитовый волокнистый материал подвергается непрерывному модифицирующему электрохимическому и химическому воздействию.

Изобретение иллюстрируется примером.

Пример 1.

В лабораторный электролизер, выполненный из стекла, заливают электролит. В анодное пространство раствор 40% NH4HF2, а в катодное пространство раствор 1% NaOH+0,1 г/л MgSO4+10-3 М С6Н4(ОН)2. Анодное и катодное пространство разделено катионообменной мембраной МФ-4СК. Катодом является углеграфитовый волокнистый материал (УГВМ) марки «Вискум», армированный в Ni сетку. Видимая поверхность катода 30 см2. УГВМ заводской, не подвергался никаким предварительным обработкам. В ходе электролиза, в катодное пространство электролизера непрерывно инжектировался со скоростью 2,28 л/ч поток смеси О32 с концентрацией О3=1,45 об.%. В качестве анода используется СУ-20 стеклоуглерод, получаемый пиролизом смол при 2000°С. Электролиз проводили при комнатной температуре. Концентрацию перекиси водорода в католите определяли по известной методике, а количество поверхностных функциональных кислородсодержащих групп на УГВМ определяли, используя методы спектрального анализа поверхности и обменным методом - по обмену подвижного иона водорода на ион щелочного металла. К анализируемому углеродному материалу добавляются растворы с различной основностью (NaHCO3, Na2CO3, NaOH) и по результатам обмена натрий - водород различают три группы с различной кислотностью.

Полученные результаты представлены в таблице.

Электрокаталитические, сорбционные характеристики УГВМ материала в процессе электросинтеза Н2O2
Компонент на поверхности До электросинтеза После электросинтеза Н2О2 при различных условиях
Н2O2
Катодная поляризация 100 mA Катодная поляризация 10 mA Анодная поляризация 10 mA
Карбоксильная группа, мгр.экв./г 0.4 0,125 0,555 0,721
Карбоксильная группа из лактонной, мгр.экв./г 0,377 2,159 1,37 1,656
Фенольная группа, мгр.экв./г 0,2 3,49 0,717 5,916
Обменная емкость по ионам ОН-, мгр.экв./г 0,112 0,135 0,287 0,6
Обменная емкость по ионам H+, мгр.экв./г 0,5 0,025 6,57 0,179
Выход по току Н2O2% 696,9 65 911
Концентрация H2O2N 1,3.10-2 1,23.10-2 1.7.10-2

Из приведенных в таблице данных видно, что каталитическая активность таких катодов высокая, что является преимуществом заявляемого изобретения. Аномально высокие выхода по току H2О2, не характерные для электролиза, указывают на то, что Н2O2 образуется как по электрохимическому, так и химическому пути. Доля Н2O2, образующейся по электрохимическому пути, составляет всего лишь 10-15%, остальная Н2O2 образуется по химическому пути.

Еще одно преимущество предлагаемого изобретения заключается в применении в процессе электросинтеза перекиси водорода католита следующего состава: 1% NaOH+0,1 г/л MgSO4+10-3 М С6Н4(ОН)2 и озон-кислородной смеси.

Предлагаемые условия проведения электросинтеза Н2O2 модифицируют поверхность УГВМ (ПВ УГВМ) и обеспечивают химическое окисление гидрохинона. Из данных таблицы ясно, что существенно изменяются количество поверхностных функциональных кислородсодержащих групп, определяющих электрокаталитическую активность указанных катодных материалов, а также и сорбционные характеристики поверхностного слоя УГВМ. Формирующейся на ПВ УГВМ кислый оксид (обменная емкость по Н+ и большое количество карбоксильных групп) ингибирует относительную скорость образования H2O2. В то же время наличие на ПВ УГВМ оксида основного характера (обменная емкость по ионам ОН- и значительное количество фенольных групп) промотирует образование H2О2, увеличивая скорость синтеза.

Другое преимущество предполагаемого изобретения заключается в использовании углеграфитового волокнистого материала тканной структуры. Саржевое переплетение 2×2 УГВМ позволяет уменьшить диффузионные затруднения по отводу продуктов реакции от поверхности электрода, снизить диффузию электролита в поры. И, как следствие, уменьшается намокание электрода, т.е. ресурс работы электрода.

Таким образом новизна заявленного изобретения заключается в том, что получение разбавленных щелочных растворов пероксида натрия проводят в растворе католита следующего состава 1% NaOH+0,1 г/л MgSO4+10-3 М С6Н4(ОН)2 на катодах из тканого углеграфитового волокнистого материала и в качестве кислородсодержащего газа применяют озон-кислородную смесь.

Способ получения перекиси водорода путем катодного восстановления кислорода в щелочных растворах с инжекцией кислородсодержащего газа, осуществляемый в электрохимической ячейке, включающей анодное отделение, снабженное анодом, и катодное отделение, снабженное углеграфитовым катодом, отличающийся тем, что в процессе получения перекиси водорода применяют католит, состоящий 1%-ный NaOH+0,1 г/л MgSO+10 М СН(ОН), при подаче озон-кислородной смеси к катоду.

edrid.ru


Смотрите также

polxa reklami

Голосования

Помог ли Вам наш сайт?