Ūdeņraža peroksīda katalītiskās sadalīšanās reakcija. Ūdeņraža peroksīda sadalīšanās katalizatori. Uzdevumi un jautājumi
Un dabas resursi
Ķīmijas un ekoloģijas katedra
SADALĪŠANĀS REAKCIJAS ĀTRUMA IZPĒTE
ŪDEŅRAŽA PEROKSĪDS KATALIZATĀJA KĀRTĪBĀ
AR GAZOMETRISKĀS METODES.
disciplīnā "Fizikālā un koloidālā ķīmija"
specialitātei 060301.65 − Aptieka
Veļikijnovgoroda
1 Darba mērķis………………………………………………………………………………..3
2 Teorētiskie pamatprincipi…………………………………………….3
4 Eksperimentālā daļa…………………………………………………………4
4.1. Ūdeņraža peroksīda sadalīšanās mangāna dioksīda MnO2 klātbūtnē………………………………………………………………………………………….4
4.2. Ūdeņraža peroksīda sadalīšanās katalizatora klātbūtnē pie temperatūras T2................................................. ................................................................ ................................................6
5 Prasības ziņojuma saturam…………………………………………………..6
6 Testa jautājumu un uzdevumu paraugi………………………………7
1 DARBA MĒRĶI
1. Noteikt ātruma konstanti, reakcijas secību, pussabrukšanas periodu temperatūrā T1.
2. Izveidojiet izdalītā O2 daudzuma grafiku atkarībā no laika un grafiski nosakiet pussabrukšanas periodu.
3. Noteikt reakcijas aktivācijas enerģiju, aprēķināt reakcijas ātruma temperatūras koeficientu.
2 TEORĒTISKĀS PAMATA NOTEIKUMI
Ūdeņraža peroksīda izmantošana daudzos tehnoloģiskos procesos, medicīnā un lauksaimniecībā balstās uz tā oksidējošām īpašībām. H2O2 sadalīšanās process ūdens šķīdumos notiek spontāni, un to var attēlot ar vienādojumu:
Н2О2®Н2О +1/2 О2
Procesu var paātrināt, izmantojot katalizatoru. Tie var būt anjoni un katjoni, piemēram, CuSO4 (homogēnā katalīze). Cietajiem katalizatoriem (oglēm, metāliem, sāļiem un metālu oksīdiem) ir arī paātrinoša iedarbība uz H2O2 sadalīšanos. H2O2 sadalīšanās heterogēnās katalītiskās reakcijas gaitu ietekmē barotnes pH, virsmas stāvoklis un katalītiskās indes, piemēram, C2H5OH, CO, HCN, H2S.
Augu, dzīvnieku un cilvēku šūnās notiek arī ūdeņraža peroksīda katalītiskā sadalīšanās. Process tiek veikts enzīmu katalāzes un peroksidāzes ietekmē, kuriem atšķirībā no nebioloģiska rakstura katalizatoriem ir ārkārtīgi augsta katalītiskā aktivitāte un darbības specifika.
H2O2 sadalīšanās notiek kopā ar O2 izdalīšanos. Izdalītā skābekļa daudzums ir proporcionāls sadalītā ūdeņraža peroksīda daudzumam. Darbā tiek izmantota gazometriskā metode.
3 DROŠĪBAS PRASĪBAS
Veicot šo laboratorijas darbu, jāievēro vispārīgie darba noteikumi ķīmiskajā laboratorijā.
4 EKSPERIMENTĀLĀ DAĻA
4.1. Ūdeņraža peroksīda sadalīšanās mangāna dioksīda klātbūtnēMnO2 .
Pirms eksperimenta uzsākšanas ir nepieciešams sagatavot katalizatoru: ieeļļojiet nelielu stikla stieņa gabalu ar BF līmi vai cietes pastu. Ar līmi jāieeļļo tikai galu, uz pulksteņa stikla uzber nedaudz MnO2 pulvera, kociņa galu pieskaras pulverim, lai uz stikla paliek neliels daudzums MnO2. Līme tiek žāvēta vairākas minūtes (1-2 minūtes). Spiediens H2O2 savākšanas sistēmā jāsamazina līdz atmosfēras spiedienam: atveriet reakcijas caurules aizbāzni un izmantojiet izlīdzināšanas kolbu, lai iestatītu ūdens līmeni biretē uz nulli.
H2O2 sadalīšanās ātruma mērīšanas ierīces diagramma parādīta 1. attēlā.
ūdens
 |
mēģene ar H2O2
Gif" width="10">.gif" width="10"> katalizators
1. att. – Ierīce H2O2 sadalīšanās kinētikas izpētei.
Izmantojot pipeti vai mērcilindru, izmēriet 2 ml 3% H2O2 šķīduma un ielejiet to mēģenē 1. Ja eksperimentu veic istabas temperatūrā, sagatavojiet hronometru un tabulu eksperimentālo datu ierakstīšanai. Iemērciet uzklāto katalizatoru stikla stieņa gabalu mēģenē. Aizveriet reakcijas trauku ar aizbāzni. Vispirms reģistrējiet izdalītā skābekļa daudzumu pēc 30 sekundēm, pēc tam intervālu var palielināt līdz 1 minūtei.
Samazinoties šķidruma līmenim biretē, izlīdzināšanas kolba tiek nolaista, lai šķidruma līmenis biretē un kolbā nemainītos, līmeņu atšķirība ir minimāla.
Reakcija tiek uzskatīta par pabeigtu, kad šķidruma līmenis biretē pārstāj kristies.
Skābekļa tilpumu, kas atbilst pilnīgai H2O2 –V¥ sadalīšanai, var iegūt, ja reakcijas trauku ievieto glāzē karsta ūdens. Pēc mēģenes atdzesēšanas līdz istabas temperatūrai. Pēc tam nosaka O2 tilpumu, kas atbilst pilnīgai H2O2 sadalīšanai.
Tabula — Eksperimentālie dati
Pieņemot, ka reakcija ir pirmās kārtas, reakcijas ātruma konstante tiek aprēķināta, izmantojot pirmās kārtas kinētisko vienādojumu:
Pamatojoties uz eksperimenta rezultātiem, tiek aprēķināta reakcijas ātruma konstantes vidējā vērtība.
Ūdeņraža peroksīda pussabrukšanas periodu aprēķina, izmantojot vienādojumu:
t0,5 = 0,693/k, izmantojot ātruma konstantes vidējo vērtību.
Ātruma konstante un pussabrukšanas periods tiek noteikti grafiski, izmantojot atkarību Vt = f (t) un ln(V¥ – Vt) = f (t), kas parādītas 2. un 2. attēlā. 3. Salīdziniet rezultātus, kas iegūti ar divām metodēm – analītisko un grafisko.
V¥https://pandia.ru/text/80/128/images/image032_11.gif" width="211" height="12">.gif" width="616" height="64">
t, piparmētra t, min
Rīsi. 2 – Atkarība Vt = f(t) 3. att. – Atkarība ln(V¥ – Vt) = f(t)
4.2. Ūdeņraža peroksīda sadalīšanās katalizatora klātbūtnē T2 temperatūrā
Eksperimentu atkārto, ievietojot reakcijas trauku ūdens vannā vai glāzē ūdens ar temperatūru T2 (kā norādījis skolotājs). Dati tiek ievadīti tabulā:
Zinot ātruma konstantes k1 un k2 divās dažādās temperatūrās, mēs varam aprēķināt aktivācijas enerģiju Ea, izmantojot Arrēnija vienādojumu:
Ea = 
Turklāt temperatūras koeficientu var aprēķināt, izmantojot Van Hofa likumu:
k2/k1 = γ ∆t/10
5 PĀRSKATU SATURA PRASĪBAS
Ziņojumā jāiekļauj:
1. darba mērķis;
2. peroksīda sadalīšanās laikā izdalītā skābekļa tilpuma mērīšanas rezultāti;
3. ūdeņraža peroksīda reakcijas ātruma konstantes un pussabrukšanas perioda (puspārvēršanās) aprēķins;
4. atkarības Vt = f(t) grafiks un ūdeņraža peroksīda pussabrukšanas perioda grafiskās noteikšanas rezultāti;
5. ln(V¥ – Vt) = f(t) grafiks reakcijas ātruma konstantes noteikšanai;
6. peroksīda sadalīšanās laikā izdalītā skābekļa tilpuma mērījumu rezultāti paaugstinātā temperatūrā un reakcijas ātruma konstantes aprēķināšana;
7. aktivācijas enerģijas aprēķins, izmantojot Arrēniusa vienādojumu, un reakcijas ātruma temperatūras koeficienta aprēķins, izmantojot van’t Hoff likumu;
8. secinājumi.
6 PARAUGU TESTA JAUTĀJUMI UN UZDEVUMI
1. Reakcijas ātruma konstante ir atkarīga no:
a) reaģentu veids;
b) temperatūra;
c) reaģentu koncentrācijas;
d) laiks, kas pagājis kopš reakcijas sākuma.
2. Reakcijas secība
a) formālā vērtība;
b) nosaka tikai eksperimentāli;
c) var aprēķināt teorētiski;
d) ir vienāds ar eksponentu p + q summu vienādojumā υ = k · CAp · CBq.
3. Ķīmiskās reakcijas aktivācijas enerģija
a) enerģijas pārpalikums salīdzinājumā ar molekulu vidējo enerģiju, kas nepieciešama, lai molekulu sadursme kļūtu aktīva;
b) atkarīgs no reaģentu veida;
c) mēra J/mol;
d) palielinās, kad sistēmā tiek ievadīts katalizators.
4. Noteikta radioaktīvā izotopa pussabrukšanas periods ir 30 dienas. Aprēķiniet laiku, pēc kura izotopa daudzums būs 10% no sākotnējā.
5. Pirmās kārtas reakcija noteiktā temperatūrā norit par 25% 30 minūšu laikā. Aprēķināt izejvielas pussabrukšanas periodu.
6. Cik reizes palielināsies reakcijas ātrums, temperatūrai paaugstinoties par 40K, ja reakcijas ātruma temperatūras koeficients ir 3?
7. Paaugstinoties temperatūrai par 40K, noteiktas reakcijas ātrums palielinājās 39,06 reizes. Nosakiet reakcijas ātruma temperatūras koeficientu.
Ķīmija un ķīmiskā tehnoloģija
Raksti Zīmējumi Tabulas Par vietni Latviešu valodaŪdeņraža peroksīda sadalīšanās katalizatori
Peroksīda savienojumu sadalīšanās notiek noteiktu metālu (dzelzs, vara, mangāna, kobalta, hroma) un to sāļu klātbūtnē, kas ir katalizatori. Tāpēc koncentrēts ūdeņraža peroksīds, pereetiķskābe un virkne citu peroksīdu var eksplodēt, ja nav organisko vielu.80-90% ūdeņraža peroksīds ir atradis praktisku pielietojumu kā vienkomponenta degviela. To izmantoja raķetē V-2 kā palīgdegvielu, veidojot cilvēku-gāzes maisījumu, ar kura palīdzību tiek darbinātas sūkņu turbīnas, kas piegādā degvielu raķetes dzinējam. Ūdeņraža peroksīda sadalīšanu veic, izmantojot cietus vai šķidrus katalizatorus.
Svins ir viens no aktīvākajiem neviendabīgajiem katalizatoriem. Ir publicēti dažādi šī katalītiskā procesa kvalitatīvie raksturlielumi, proti, divvērtīgais svins skābā šķīdumā nekādi neietekmē ūdeņraža peroksīdu, tā sadalīšanai nepieciešama sudraba vide, kurā veidojas svina dioksīds. Šīs katalīzes mehānisma izpētes rezultātā tika secināts, ka to var raksturot kā redoksciklu starp divvērtīgo svinu Pb(OH). un svina svina PbzO. Augstas katalītiskās aktivitātes apstākļi rodas, ja abas šīs vielas atrodas cietu fāžu veidā stipri sārmainā šķīdumā un veidojas augstāki oksīdi. Dažādu pH diapazonu ietekmi var raksturot šādi. Svina nitrāts izšķīst ūdeņraža peroksīdā, veidojot skaidrus, stabilus šķīdumus. Pievienojot sārmu, veidojas bālgandzeltenas nogulsnes un notiek neliela aktivitāte. Turpinot pievienot sārmu, nogulsnes kļūst oranži sarkanas un sākas strauja peroksīda sadalīšanās. Kā izrādījās, sārmu daudzums, kas nepieciešams, lai sasniegtu šo punktu, ir apgriezti proporcionāls izšķīdinātā svina daudzumam; šī parādība tiek uzklāta uz vēl skaidri nenoteikto novecošanās ietekmi. Pirofosfāta daudzums, kas nepieciešams katalīzes pārtraukšanai, ir aptuveni līdzvērtīgs daudzumam, kas nepieciešams, lai veidotu svina pirofosfātu Pb P O. Katalītiskā aktivitāte sasniedz maksimumu pie aptuveni 0,2 N. sārmu koncentrācija pie lielākām koncentrācijām palielinās svina šķīdība plumbīta un plumbāta veidā un samazinās katalītiskā aktivitāte. Tika mēģināts pierādīt cikliskā oksidēšanās-reducēšanās procesa esamību, izmantojot radioaktīvos marķierus, taču tas beidzās ar neveiksmi, jo pat tad, ja nav ūdeņraža nitrāta, notiek apmaiņa starp divvērtīgo svina jonu un svina dioksīdu slāpeklī. skābi (kas atbilst literatūras datiem) un starp Plu.mbit un Plumbate bāzes šķīdumā (kas ir pretrunā publicētajiem datiem
Katalizatora virsmas palielināšanas ietekmi uz tā katalītisko aktivitāti var ilustrēt ar piemēru. Ūdeņraža peroksīds var sadalīties ūdenī un skābeklī. Šī procesa katalizators ir platīns. Uz gludi slīpētas platīna virsmas H2O2 sadalīšanās reakcija gandrīz nav paātrināta. Uz raupjas virsmas tiek novērota vāja skābekļa izdalīšanās. Pulverveida platīns diezgan ātri sadala ūdeņraža peroksīdu uz platīna melnā; process norit ļoti enerģiski, un koloidāla platīna šķīduma pievienošana izraisa vardarbīgu reakciju, ko dažkārt pavada sprādziens.
Svina savienojumi ir aktīvi sadalīšanās katalizatori. Svina iekārtas var veiksmīgi izmantot tikai apstākļos, kur ir sulfāti, kas izraisa inerta svina sulfāta pārklājuma veidošanos. Svinu dažos gadījumos izmanto rūpnīcās, kas ražo ūdeņraža peroksīdu, izmantojot elektrolītisko peroksodisulfāta procesu, un neapstrādātas vilnas balināšanā sulfātu klātbūtnē. Tomēr svina izmantošana saskarē ar jebkuru, bet ļoti atšķaidītu peroksīda šķīdumu, var būt bīstama, un tāpēc no tās jāizvairās.
Uzglabājot ūdeņraža peroksīda šķīdumus, tiek izmantoti negatīvi katalizatori, lai novērstu tā sadalīšanos. Kā šādus katalizatorus, ko sauc par stabilizatoriem, var izmantot nelielu daudzumu fosforskābes, salicilskābes un urīnskābes (piemēram, 1 g urīnskābes pietiek 30 litriem koncentrēta peroksīda), kas pasargā ūdeņraža peroksīdu no sadalīšanās.
Cietais ūdeņraža peroksīds ir neparasti inerts. Piemēram, ja atdzesēts 0,5 N tiek ievadīts 90% ūdeņraža peroksīdā pie -55°. permanganāta šķīdums, rūsas daļiņas vai citi katalizatori un neļauj peroksīdam atkausēt; sadalīšanās nav novērota vispār. Sadalīšanās sākas tikai pēc kausēšanas.
Jo tīrāks ir ūdeņraža peroksīds, jo lēnāk tas sadalās uzglabāšanas laikā. Īpaši aktīvi H2O2 sadalīšanās katalizatori ir noteiktu metālu savienojumi (Cp, Fe, Mn uc), un pat to pēdām ir manāms efekts, ko nevar tieši analītiski noteikt. Lai saistītu šos metālus, ūdeņraža peroksīdam kā stabilizatoru bieži pievieno nelielu daudzumu (apmēram 1 10 000) nātrija pirofosfāta - N34P207.
Tvaika gāzes ģenerators ir kamera, kurā ievietots katalizators. Ūdeņraža peroksīds tiek ievadīts kamerā, kur tas sadalās ūdens tvaikos un skābeklī, izdalot siltumu. Šķidru katalizatoru var izmantot arī ūdeņraža peroksīda sadalīšanai. Šajā gadījumā tvaika gāzes ģeneratora kamera ir kamera šķidrā katalizatora sajaukšanai ar ūdeņraža peroksīdu un tā sadalīšanai.
Ļoti koncentrēti (80% un vairāk) H2O2 ūdens šķīdumi tiek izmantoti kā enerģijas avoti gan neatkarīgi (ar katalizatoru palīdzību ātrai H2O2 sadalīšanai no viena litra šķidrā ūdeņraža peroksīda var iegūt ap 5000 litru skābekļa maisījuma un ūdens tvaikiem, kas uzkarsēti līdz 700 °C), un kā oksidētāju reaktīvo dzinēju degvielai. Ūdeņraža peroksīdu izmanto arī kā oksidētāju ķīmiskajā rūpniecībā, kā izejmateriālu daudzu peroksīda savienojumu ražošanai, kā polimerizācijas procesu iniciatoru un dažu porainu produktu ražošanā. vīnu mākslīgai novecošanai, matu krāsošanai, traipu noņemšanai u.c.
Ūdeņraža peroksīdu plaši izmanto tvaika gāzes ražošanai, lai darbinātu raķešu piedziņas sistēmas turbo sūkņa bloku. Degvielai, kas nodrošina sūkņa darbību, ir nepieciešams, no vienas puses, ar pietiekami augstiem enerģijas rādītājiem, lai nodrošinātu sūkņu darbību ar minimālām izmaksām, un, no otras puses, ar salīdzinoši zemu degšanas temperatūru. Turbo sūkņa agregāta vadīšanai visplašāk izmantotā vienkomponenta degviela ir 80-85% ūdeņraža peroksīds. Sadaloties 80% ūdeņraža peroksīda, tiek iegūta tvaika gāze ar temperatūru 450-500° C. Tvaika gāzes ražošanā papildus peroksīdam tiek patērēts katalizators. Viena kilograma peroksīda sadalīšanai tiek patērēti 0,05 kg šķidrā katalizatora, kas ir 35% NaMn04 (nātrija permanganāta) spirta šķīdums.
Matesons un Māss noteica 10 gramu ūdeņraža peroksīda šķīdumu sadalīšanās siltumu adiabātiskā kalorimetrā. Mangāna dioksīds tika izmantots kā sadalīšanās katalizators. Pēc šo autoru domām, sadalīšanās beidzās pēkšņi, un autori neieviesa korekcijas attiecībā uz atlikušo ūdeņraža peroksīdu. Tika veikta ūdens tvaiku korekcija un aprēķināta kāda kalorimetra ūdens ekvivalenta daļa. Lineāri ekstrapolējot atšķaidīšanas siltumu, pamatojoties uz četru noteikšanu vidējo vērtību (divas noteikšanas ar 38,05% peroksīdu un divas ar 97,15%), tika aprēķināts bezūdens ūdeņraža neoksīda sadalīšanās siltums (-23,45 kcal/mol).
Sadalīšanās reakcijas ir raksturīgas raķešu degvielas komponentiem, kas ir endotermiskas vielas. Parasti tos var uzglabāt ilgu laiku bez sadalīšanās normālā temperatūrā, bet, temperatūrai paaugstinoties vai pakļaujoties katalizatoram, sākas sadalīšanās, kas pašas paātrinoties radītā siltuma ietekmē. Tādējādi hidrazīns, uzkarsēts līdz 350 ° C, pilnībā sadalās slāpeklī un amonjakā un daudz intensīvāk dzelzs oksīdu, hroma, vara un citu katalizatoru klātbūtnē. Raksturīga viela, kas spēj sadalīties, izdalot siltumu, ir ūdeņraža peroksīds. Tīrā veidā tas ir diezgan stabils un tikai sildot virs 140°C, ar siltuma izdalīšanos sāk sadalīties ūdenī un skābeklī. Absolūti tīru H2O2 var uzkarsēt līdz vārīšanās temperatūrai (151,4 ° C) un destilēt bez sadalīšanās, taču pat mazākās skrāpējumi uz tā trauka sieniņām, kurā tiek uzkarsēts ūdeņraža peroksīds, var izraisīt tā sadalīšanos. Peroksīda sadalīšanās ātrums ir atkarīgs no tā koncentrācijas, pH vērtības, temperatūras, sadalīšanos katalizējošo piemaisījumu vai stabilizatoru rakstura un daudzuma, kā arī to trauku virsmas fizikālās un ķīmiskās īpašības, kurās atrodas H2O2.
Elementārais ogleklis neiestājas stehiometriskā reakcijā ar ūdeņraža peroksīdu, lai gan iegūtā sadalīšanās izraisa zināmas izmaiņas oglekļa virsmā. Roop un Schlee ziņoja, ka ūdeņraža peroksīds oksidē karbonātu par skudrskābi un formaldehīdu, vēlāk
Cinkam ir neparastas īpašības, tas var darboties gan kā katalizators, gan kā stabilizators. Kā norādīts 451. lpp., cinkam 90% ūdeņraža peroksīda šķīdumā ir stabilizējoša iedarbība. Tika veikts novērojums [1153], ka, samazinoties ūdeņraža peroksīda koncentrācijai, šis efekts vājinās un ka šķīdumos, kas satur mazāk par 40 masas. % ūdeņraža peroksīds, cinks jau darbojas kā sadalīšanās katalizators. Šis katalītiskais efekts tika konstatēts arī maisījumos ar citiem katalizatoriem. Weiss 156] parādīja, ka metāliskais cinks sadala ūdeņraža peroksīdu, izdalot ūdeņradi un skābekli. Līdz šim nav ierosināts neviens mehānisms, kas varētu izskaidrot šo cinka divkāršo darbību. Kadmija iedarbība ir pētīta tikai vājos šķīdumos, un tam tiek piedēvētas vājas katalītiskās īpašības, vai arī tas tiek uzskatīts par pilnīgi neefektīvu
Antrahijonu šķīdums pēc ekstrakcijas satur apmēram 0,1-0,3% ūdens, nelielu daudzumu ūdeņraža peroksīda (kā tipiska norādīta koncentrācija 0,17 g/ogleklis), kā arī dažādas oksidētas organiskas vielas, piemēram, organiskās skābes, aldehīdus, ketonus, utt. utt. Šie savienojumi var saindēt niķeļa hidrogenēšanas katalizatoru, un tāpēc tie ir jānoņem pirms recirkulācijas. Saskaņā ar vācu metodi darba šķīdumu žāvē ar kālija karbonāta ūdens šķīdumu ar koncentrāciju 33% (pēc svara), šis šķīdums arī ekstrahē daļu ūdeņraža peroksīda. Organiskās vielas un ūdens pēdas tiek noņemtas ar adsorbciju uz māla slāņa. Atlikušais ūdeņraža peroksīds tiek pakļauts sadalīšanai uz niķeļa-sudraba katalizatora slāņa, un dažreiz nelielu daudzumu (apmēram 10%) hidrogenatora reducētā šķīduma pievieno atgriezes šķidrumam, pirms tas tiek piegādāts nesējam ar katalizatoru. lai labāk noņemtu ūdeņraža peroksīdu un izšķīdušo skābekli. Tas rada nelielu daudzumu ūdens, kas paliek darba šķīdumā.
Ūdeņraža peroksīdu izmantoja kā vienkomponentu degvielu kopā ar kalcija vai nātrija permanganāta ūdens šķīdumu kā katalizatoru. Šo degvielu izmantoja Focke-Wulf un Henkel lidmašīnām ar 300, 500 un 1000 kg dzinēju vilces spēku un šāviņu lidmašīnu palaišanas ierīcēm.Šajās sistēmās ūdeņraža peroksīda katalītiskā sadalīšana tiek veikta, vienlaikus padodot H2O2 un koncentrētu Kampoy šķīdumu. uz šķidrās degvielas raķešu dzinēja kameru vai Ca(MnO 4)2. Reakcija sākas ātri ar vienmērīgu spiediena paaugstināšanos līdz 50-70 kg/cm 0,01-0,02 sekundēs.
Tvaiks-gāze turbīnas darbināšanai tiek iegūta vai nu no īpašas sastāvdaļas, kas nav dzinēja degvielas sastāvdaļa, vai no komponentiem, uz kuriem darbojas raķešu dzinējs. Ūdeņraža peroksīdu bieži izmanto kā tvaika gāzes avotu. Lai iegūtu tvaika gāzi no ūdeņraža peroksīda, tā tiek pakļauta sadalīšanai tvaika gāzes ģeneratorā ar katalizatoru palīdzību - vielas, kas veicina sadalīšanos.
Skābekļa un mitruma iedarbība uz daudziem metāliem rada nelielu daudzumu ūdeņraža peroksīda, ko kvalitatīvi noteica ar kolorimetrisko metodi, piemēram, ar titāna sāli, vai pēc Rasela efekta. Šis efekts ir balstīts uz faktu, ka fotoplates ir ļoti jutīgas pret ļoti mazu ūdeņraža peroksīda daudzumu. Tādējādi Rasels parādīja, ka vairākas vielas, tostarp dažādi metāli, īpaši pēc svaigas virsmas pulēšanas, tumsā turot fotoplates tuvumā, rada fotogrāfiskus attēlus. Ir pierādīts, ka tas ir saistīts ar ūdeņraža peroksīda izdalīšanos. Ūdeņraža peroksīds, izmantojot vienu no norādītajām metodēm, tika konstatēts šādu metālu oksidēšanā: cinks, svins, alva, sudrabs, dzīvsudrabs, varš, alumīnijs, kadmijs, magnijs un dzelzs. Visticamāk, ka tas veidojas arī daudzu citu metālu oksidēšanās laikā. Ir ļoti grūti to atvērt uz metāliem, kas ir aktīvi ūdeņraža peroksīda sadalīšanās katalizatori, piemēram, dzelzs, varš un svins. Acīmredzot ūdeņraža peroksīda koncentrāciju, kas rodas metālu autooksidācijas laikā, nosaka relatīvie veidošanās un sadalīšanās reakciju ātrumi; ūdeņraža peroksīda atklāšana vienam vai otram autoram ir atkarīga no viņa izmantotās tehnikas jutīguma, kā arī no eksperimenta apstākļi. Augstākas ūdeņraža peroksīda koncentrācijas ir atrodamas uz svaigi samalta metāla virsmām, kā arī (vismaz alumīnija gadījumā) viegli vai vidēji skābos vai vāji sārmainos ūdens šķīdumos. Oksidācijas procesā metāls iegūst negatīvu potenciālu. Metāla anodiskā polarizācija nomāc ūdeņraža peroksīda veidošanos, savukārt katodiskā polarizācija veicina šo veidošanos. Nav iespējams precīzi pateikt, vai ūdeņraža peroksīda veidošanai ir nepieciešama gan ūdens, gan skābekļa klātbūtne, taču ļoti iespējams, ka tā ir nepieciešama. Vienā eksperimentā alumīnija paraugs sausā slāpeklī sniedza vāju fotogrāfisku attēlu, taču tas, iespējams, adsorbēja skābekli un ūdeni (vai tikai ūdeni) no gaisa, pirms tika ievietots inertā atmosfērā.
Ūdeņraža peroksīda spēja sadalīties katalizatoru klātbūtnē ļauj dzinējiem, kas darbojas ar šo oksidētāju, bez īpašas aizdedzes ierīces palaišanai. Ar ūdeņraža peroksīdu ir iespējama tā sauktā termiskā dzinēja iedarbināšana. Ūdeņraža peroksīds tiek piegādāts priekškamerā (neliels tilpums savienots ar galveno sadegšanas kameru), kur tas sadalās šeit esošā katalizatora ietekmē. Karsti gāzveida ūdeņraža peroksīda sadalīšanās produkti nonāk dzinēja galvenajā sadegšanas kamerā. Pēc tam, kad sadegšanas kamerā ir izveidots nepieciešamais spiediens normālai degvielas sadegšanai, tai tiek piegādāta degoša sastāvdaļa.
Kā polimerizācijas katalizatori visbiežāk tiek izmantoti ūdenī šķīstošie peroksīda savienojumi, kas sadalīšanās laikā rada brīvos radikāļus. Šādi savienojumi ir ūdeņraža peroksīds, kālija peroksīds, persulfāti un perborāti. Monomērā šķīstošais peroksīda savienojums ir benzoilperoksīds. Tika arī konstatēts, ka diazoaminobenzols aktivizē butadiēna polimerizāciju. Kā reakcijas katalizatori tiek izmantoti terciārie amīni, kas šķīst vismaz vienā no polimerizējamiem komponentiem.
Formaldehīds Ūdeņraža peroksīds Polimērs P a 3 J Sadalīšanās produkti Kadmija vai cinka helātu savienojums alkilidēndiacetātos, 10-80°C 1 0 w e Katalizators ir tas pats
Katalizatoru var izmantot vai nu ūdens šķīduma veidā, caur sprauslu ievadot sadalīšanās kamerā vienlaikus ar ūdeņraža peroksīdu, vai cietā veidā. Pēdējā gadījumā ar katalizatoru piesūcina keramikas sprauslu, uz kuras nokrīt izsmidzināts ūdeņraža peroksīds. 1 kg cieta katalizatora var sadalīt līdz 2000 kg 80% ūdeņraža peroksīda.
Ūdeņraža peroksīds ir labs oksidētājs, īpaši sārmainā šķīdumā. Peroksīda pārpalikums parasti tiek sadalīts, vārot sārmainu šķīdumu. Sadalīšanos paātrina katalizatoru, piemēram, niķeļa sāļu, jodīda un platīna melnā, ievadīšana. Shulek un Schakach noņēma lieko oksidētāju, izmantojot hlora ūdeni, un tika ievadīts kālija cianīds, lai iznīcinātu lieko hloru.
Šīs metodes izmanto, lai sagatavotu porainus elastomērus un termoplastus, kuru sadalīšanās produkti nav kaitīgi. Tiek izmantots liels skaits poras veidojošu vielu, no kurām visizplatītākie ir nātrija un amonija bikarbonāti, amonija nitrāts, kalcija karbonāts, diazoatvasinājumi un diizocianāti. Kā poras veidojošs līdzeklis tiek piedāvāta ar gāzi piesātināta aktīvā ogle.Teleiļu procesā porainas gumijas ražošanai gāzes avots ir ūdeņraža peroksīds, kas sadalās ar skābekļa izdalīšanos rauga katalizatora iedarbībā.Jebkurā Šajā gadījumā poras veidojošais materiāls tiek sajaukts lateksā pirms koagulācijas vai elastomēra masā pirms vulkanizācijas, un materiāls vienmērīgi jāsadala visā plastmasas masā, pirms notiek gāzes izdalīšanās.
Pašlaik ir zināmas vairākas metodes peretiķskābes iegūšanai, ko izmanto dažādu nepiesātināto savienojumu epoksidēšanai. Metodes izvēle ir atkarīga no oksidējamās dubultsaites atrašanās vietas molekulā. Rūpniecībā tiek izmantotas divas galvenās epoksidēšanas metodes. Saskaņā ar pirmo, ūdeņraža peroksīdu pievieno etiķskābes, nepiesātināta savienojuma un skābes katalizatora maisījumam. Peretiķskābe, kas veidojas kā starpprodukts, oksidē olefīnu savienojumā, kas satur epoksīda grupas. Citā metodē acetaldehīdu oksidē ar gaisu piemērotā šķīdinātājā līdz acetaldehīda monoperacetātam, kas termiski sadaloties rada peretiķskābi. Etiķskābi un acetaldehīdu, kas veidojas kā blakusprodukti, atdala, destilējot vakuumā. Tā kā epoksidēšana pārvērš peretiķskābi par etiķskābi, process pārvērš acetaldehīdu par etiķskābi kā blakusproduktu.
Saikne starp homogēno un neviendabīgo katalīzi ir tikai slikti izprotama, galvenokārt tāpēc, ka elementi, kas spēj izraisīt abus katalīzes veidus, nav pētīti visā mainīgo lielumu diapazonā (piemēram, pH un koncentrācija), kas nosaka katalizatora stāvokli. . Dzelzi var minēt kā katalizatoru, kurā var novērot pāreju no viendabīga uz neviendabīgu mehānismu. Skābā šķīdumā reakcija ir tīri viendabīga. Taču, ja pH tiek paaugstināts, sāk parādīties koloidāla viela un tajā pašā laikā notiek ātruma izmaiņas (sk. 76. att. 440. lpp.). Pie vēl augstāka pH līmeņa var rasties makroskopiska sedimentācija, kā arī citas kinētiskas izmaiņas. Katalīzes ātrumu var ietekmēt arī izmaiņas fiziskajā formā (katalizatora nesēja klātbūtne, katalizatora saķepināšana vai kristāla struktūras izmaiņas). Lai gan pH, pie kura sāk parādīties koloidālā viela, vēl nav pilnībā noteikts, nav šaubu par to, ka, palielinoties pH, notiek pāreja no viendabīgas uz neviendabīgu sadalīšanos. Tomēr joprojām pastāv būtiskas neskaidrības par mainīgā mehānisma būtību. Dažos gadījumos abus degradācijas veidus var kvalitatīvi izskaidrot ar vienu un to pašu mehānismu, piemēram, ciklisku oksidāciju un reducēšanu. Tajā pašā laikā katalizatora kompleksa veidošanās vai nogulsnēšanās koloidālā vai cietā stāvoklī var noteikt t-frakciju no kopējā esošā katalizatora daudzuma, kas spēj faktiski piedalīties reakcijā un tādējādi ietekmēt novēroto katalizatora ātrumu. sadalīšanās. Šāda veida kompleksa veidošanās rodas, ja polimerizāciju katalizē peroksīdu darbība. Tīri neviendabīgā katalīzē novērotais ātrums ir atkarīgs no cietā katalizatora dispersijas pakāpes, jo šī dispersija nosaka virsmas lielumu, kas saskaras ar vidi. Gluži pretēji, ir pilnīgi iespējams, ka, pārejot no viendabīgas sistēmas uz neviendabīgu, radikāli mainās reakcijas raksturs, kurā notiek ūdeņraža peroksīds, piemēram, jonu mehānisms var pārvērsties par radikālu. Iespējams, ka, mainoties apstākļiem, pārejā no viena mehānisma uz otru ir samērā smalka gradācija. Noskaidrojot atšķirības starp homogēno un heterogēno katalīzi, vienmēr jāņem vērā iespējamā adsorbcijas no šķīduma ietekme uz homogēno katalīzi. Tādējādi vienvērtīgais sudrabs, kuram nav katalītisku īpašību, ja tas ir viendabīgi izkliedēts, ir viegli adsorbējams ar stiklu. Adsorbētā stāvoklī tas var iegūt katalītiskās īpašības vai nu patiesas reducēšanās rezultātā uz metālu, vai tikai polarizācijas rezultātā. Stikla virsmas turpmāka izmantošana saskarē ar sārmaināku šķīdumu var arī aktivizēt adsorbēto sudrabu. Tas ir īpaši pamanāms stikla elektrodu virsmas gadījumā.
Šo faktoru ietekme uz metāla svinu ir ļoti dramatiska. Ja pulētu svinu, kas nesatur oksīda plēvi, iegremdē ūdeņraža peroksīdā, tā aktivitāte izrādās ļoti zema. Pakāpeniski veidojas baltas nogulsnes, kas pēc uzkrāšanās pārvēršas sarkanā svinā, kam seko strauja katalītiskās aktivitātes izpausme. Ja metālisku svinu uz īsu brīdi iegremdē ūdeņraža peroksīda šķīdumā un nekavējoties noņem, tad neliels daudzums šķidruma, kas pielipis metālam, īsu laiku paliek mierīgā stāvoklī un pēc tam, kad ir izveidojusies svina plēve PbzO4. uz metāla tas spēcīgas vētras ietekmē pēkšņi atraujas no virsmas.sadalīšanās. Šajā procesā notiek svina izšķīšana, kas noteikti ir saistīta ar novēroto svina pasivitātes iznīcināšanu ūdeņraža peroksīda iedarbībā, bet peroksīds neietekmē dendrītu augšanu uz tā. Aprakstīts svina katalizatoru praktiskais pielietojums koncentrēta ūdeņraža peroksīda sadalīšanai sistēmās, ko izmanto enerģijas ražošanai.
Bieži vien ir grūti noteikt, vai no reakcijas maisījuma izdalītie peroksīdi ir ūdeņraža peroksīdi, vai tie ir organiskie peroksīdi.Līdz pavisam nesenam laikam šo peroksīdu struktūras noteikšanai ir veikti tikai daži mēģinājumi. Secinājumus par peroksīdu būtību var izdarīt, pamatojoties uz šādiem pierādījumiem: 1) gāzes un šķidruma sastāvs, kas veidojas peroksīda sadalīšanās laikā (piemēram, ūdeņraža peroksīds dod skābekli un ūdeni; oksialkilhidroperoksīds, sadaloties sārmainā). veido formu, dod ūdeņradi un skābi; metilhidroperoksīds, sadaloties uz platīna melna, rada oglekļa dioksīdu) 2) dažādas krāsu reakcijas, piemēram, reakcija, izmantojot titāna sāli, kas tiek uzskatīta par ļoti specifisku ūdeņraža peroksīdam (sk. 10. nodaļu) 3) īpašības reakcijas ar skābu kālija jodīda šķīdumu (piemēram, metilhidroperoksīds reaģē tikai dzelzs sulfāta kā katalizatora klātbūtnē, bet nereaģē amonija molibdāta klātbūtnē; turklāt jodīda oksidēšanās ātrums līdz jodam ievērojami atkarīgs no peroksīda rakstura) 4) nešķīstošu neorganisku peroksīdu, piemēram, kalcija peroksīda vai nātrija peroksoborāta, veidošanās, pievienojot produktam atbilstošas piedevas, kas pierāda ūdeņraža peroksīda vai hidroksialkilhidroperoksīdu klātbūtni. 5) salīdzinājums absorbcijas spektru ar šiem spektriem zināmiem peroksīdiem 6) sadalījuma koeficientu noteikšana ar ēteri 7) hromatogrāfiskās atdalīšanas metodes 8) dažādu peroksīdu termiskās sadalīšanās ātruma noteikšana reakcijas zonas temperatūrā un 9) polarogrāfijas metodes.
Vienā konkrētā gadījumā, kad nitrāta klātbūtne 30% (pēc svara) ūdeņraža peroksīda šķīdumā izrādījās kaitīga, tas tika izņemts no tā galvenokārt adsorbējot uz aktīvās ogles ar salīdzinoši nelielu peroksīda sadalīšanos. Kā laboratorijas metodi ir ierosināts arī attīrīt ūdeņraža peroksīdu, ātri pievienojot, maisot, vispirms dzelzs hlorīda un pēc tam kalcija karbonāta šķīdumu un ātri filtrējot maisījumu caur Gooch tīģeli. Sekojoša koncentrētas sērskābes pievienošana noņem atlikušo dzelteno krāsu un izgulsnē kalciju. Pirmās divas pievienotās vielas, iespējams, veido dzelzs hidroksīda (P1) ūdens nogulsnes, kuras ar augstu adsorbcijas spēju var uztvert nelielu daudzumu piemaisījumu. Tomēr dzelzs savienojumi ir spēcīgi sadalīšanās katalizatori, un pat nelieli daudzumi, kas paliek pēc šīs apstrādes, var izraisīt ievērojamu sadalīšanos. Ir grūti iedomāties, ka šāda veida tehnikai, kas saistīta ar nepieņemama piesārņojuma ieviešanu, būtu kādas priekšrocības salīdzinājumā ar nogulsnēšanas metodi ar alvas oksīda hidrātu. Labākajā gadījumā var notikt ievērojama peroksīda sadalīšanās, sliktākajā gadījumā šis process ir saistīts ar briesmām, kas saistītas ar katalītiski aktīvo vielu pievienošanu peroksīdam, īpaši, ja tās tiek ievadītas ievērojamā koncentrācijā. Tāpēc aprakstīto metodi nevar ieteikt nekādā gadījumā.
Un sifonus var iegūt no dažādiem uzņēmumiem, kas ražo ūdeņraža peroksīdu, un šeit mēs nekavējamies pie šiem jautājumiem. Svarīgākie piesardzības pasākumi ir: 1) izvairīties no peroksīda saskares ar aktīviem katalizatoriem, piemēram, materiāliem, kas satur dzelzi, varu, mangānu un lielāko daļu citu metālu, kā arī putekļus un sārmainus savienojumus, kas var izraisīt ātru sadalīšanos; 2) izvairīties no saskares ar organiskiem materiāliem. vielas, kas var aizdegties vai veidot sprādzienbīstamus maisījumus ar koncentrētu ūdeņraža peroksīdu 3) iekārtas, kurās var uzglabāt vai īslaicīgi glabāt ūdeņraža peroksīdu, vienmēr ir pienācīgi jāvēdina 4) jāizvairās no pārmērīgi augstas temperatūras. Ūdeņraža peroksīda fizioloģiskā iedarbība ir aprakstīta 153. lpp. Peroksīds, kura koncentrācija ir aptuveni 50 masas % vai mazāka, parasti neizraisa tūlītēju nejauši izlijuša uzliesmojoša materiāla, piemēram, apģērba, aizdegšanos, bet, ja ļauj tam nožūt, jo ūdens iztvaiko vairāk. viegli, palielinās peroksīda koncentrācija, kas dažkārt izraisa spontānu aizdegšanos. Piesārņoti materiāli, kas satur katalītiskos piemaisījumus vai citas viegli uzliesmojošas vielas, piemēram, koks vai apģērbs, īpaši vilna, bieži vien spontāni aizdegas, pakļaujoties koncentrētam ūdeņraža peroksīdam. Visos gadījumos izlijušais peroksīds jānomazgā ar lielu daudzumu ūdens.
Atsevišķos rūpniecības centros ūdeņraža peroksīdu saturošus notekūdeņus ir grūti novadīt, tos novadot ūdenstilpēs. Tādējādi ūdeņraža peroksīda koncentrācijai, kas pārsniedz 40 mg/l, ir toksiska ietekme uz foreļu mazuļiem, zemāka koncentrācija ir pilnīgi nekaitīga 48 stundu periodā. Labākā metode ūdens attīrīšanai no ūdeņraža peroksīda atlikuma ir atkarīga no citu ūdenī esošo atkritumu veida; piemēram, ja ir reducējoši līdzekļi (hidrazīns vai metilspirts), piemēram, notekūdeņos no raķešu izmēģinājumu stacijas, ieteicams lai vispirms izraisītu mijiedarbību starp peroksīdu un šīm vielām. Tā kā ūdeņraža peroksīds viegli sadalās sārmainā vidē, kā arī dažādu metālu katalizatoru ietekmē, saskaņā ar vienu no atlikušā peroksīda apstrādes metodēm, tiek ierosināts pievienot ūdenim kaļķi, lai pH būtu līdz 11, pēc tam pievienot šķīstošs mangāna sāls, piemēram, hlorīds, lai mangāna koncentrācija būtu aptuveni 4 mg/l. Šķiet, ka pie šī pH mangāns pārvēršas smalkās mangāna oksīda hidrāta nogulsnēs, kas ir ļoti efektīvs katalizators. Maisījums jāmaisa, līdz peroksīds pilnībā sadalās, un pēc nogulumu nosēšanās notekūdeņi jānovada rezervuārā. Nosēdušās dūņas, iespējams, var izmantot atkārtoti.
Lādiņu pārneses principam, protams, ir liela nozīme, taču šīs parādības joprojām nav pilnībā skaidras un nav savienotas konsekventā uzticamā teorijā. Piemēram, bārija peroksīds, kas gandrīz pilnībā sastāv no joniem, ir stabils. Tālāk minētie darbi parāda, ka elektronu donoru aizvietotāju ievadīšana acilperoksīdos paātrina sadalīšanos. Acīmredzot visi šādi salīdzinājumi ir derīgi tikai analogiem procesiem, tas ir, vienas un tās pašas saites pārraušanai tajā pašā vidē tikai homogēna vai neviendabīga procesa dēļ, kurā iesaistīts tas pats vai līdzvērtīgs reaģents, iniciators vai katalizators. Tādējādi, ja ņemam vērā viendabīgu sadalīšanos gāzes fāzē, tad organiskie peroksīdi acīmredzot ir mazāk stabili nekā ūdeņraža peroksīds. Gluži pretēji, reakcijas ar dzelzs jonu piemērs parāda, ka ūdeņraža peroksīds ir visreaktīvākais no visiem pētītajiem peroksīdiem. Jo īpaši ir jānošķir jebkura peroksīda jutība pret sprādzienu vai detonāciju un ātrums, ar kādu tas iziet reakcijas stingri noteiktos apstākļos. Vispārējās ķīmijas pamati, 2. sējums, 3. izdevums (1973) -- [
O.S.ZAITSEVS
ĶĪMIJAS GRĀMATA
VIDUSSKOLAS SKOLOTĀJIEM,
PEDAGOĢISKĀS UNIVERSITĀTES STUDENTI UN 9.–10. KLAŠU SKOLĒNI,
KURI IZLĒMUSI VELTĪTIES ĶĪMIJAI UN DABAS ZINĀTNIEM
MĀCĪBU GRĀMATAS UZDEVUMI LABORATORIJAS PRAKTISKIE ZINĀTNISKIE STĀSTI LASĪŠANAI
Turpinājums. Skatīt Nr.4–14, 16–28, 30–34, 37–44, 47, 48/2002;
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23,
24, 25-26, 27-28, 29, 30, 31, 32, 35, 36, 37, 39, 41, 42, 43, 44, 46, 47/2003;
1, 2, 3, 4, 5, 7, 11, 13, 14, 16, 17, 20, 22/2004
§ 8.1. Redoksreakcijas
(turpinājums)
UZDEVUMI UN JAUTĀJUMI
1. Izmantojot elektronu jonu metodi stehiometrisko koeficientu izvēlei, sastādiet vienādojumus redoksreakcijām, kas notiek saskaņā ar šādām shēmām (ūdens formula nav norādīta):
Lūdzu, ņemiet vērā, ka savienojumi satur organiskas vielas! Mēģiniet atrast koeficientus, izmantojot oksidācijas stāvokļus vai valences.
2.
Izvēlieties divus elektrodu reakcijas vienādojumus:
Sastādiet vienu kopsavilkuma vienādojumu no diviem uzrakstītajiem elektrodu procesu vienādojumiem. Nosauciet oksidētāju un reducētāju. Aprēķiniet reakcijas EML, tās G un līdzsvara konstante. Izdariet secinājumu par šīs reakcijas līdzsvara nobīdes virzienu.
Ja esat aizmirsis, kas jādara, atcerieties iepriekš teikto. Jūs ierakstāt jebkurus divus vienādojumus no šī saraksta. Apskatiet to elektrodu potenciālu vērtības un pārrakstiet vienu no vienādojumiem pretējā virzienā. Kura, kāpēc un kāpēc? Atcerieties, ka doto un saņemto elektronu skaitam jābūt vienādam, reiziniet koeficientus ar noteiktu skaitli (kuru?) un summējiet abus vienādojumus. Elektrodu potenciāli arī tiek summēti, bet jūs tos nereizinat ar procesā iesaistīto elektronu skaitu. Pozitīva EML vērtība norāda uz reakcijas iespējamību. Aprēķinam G un līdzsvara konstantes, aizstājiet aprēķināto EML vērtību ar iepriekš iegūtajām formulām.
3. Vai kālija permanganāta ūdens šķīdums ir stabils? Jautājumu var formulēt dažādi šādi: vai permanganāta jons reaģēs ar ūdeni, veidojot skābekli, ja
4. Oksidāciju ar gaisa skābekli ūdens šķīdumā apraksta ar vienādojumu:
O 2 + 4H + + 4 e= 2H2O, E= 0,82 V.
Nosakiet, vai 2. uzdevumā jebkura vienādojuma labajā pusē uzrakstītās vielas ir iespējams oksidēt ar gaisa skābekli.Reducējošie aģenti ir uzrakstīti šo vienādojumu labajā pusē. Skolotājs jums pateiks vienādojuma numuru.
Jums var būt grūti izpildīt šo uzdevumu. Tas ir jūsu rakstura galvenais trūkums - jums šķiet, ka uzdevums nav iespējams, un jūs nekavējoties atsakāties mēģināt to atrisināt, lai gan jums ir visas nepieciešamās zināšanas. Šajā gadījumā jums vajadzētu uzrakstīt vienādojumu reakcijai starp skābekli un ūdeņraža joniem un jūs interesējošo vienādojumu. Skatiet, kurai reakcijai ir lielāka spēja nodot elektronus (tās potenciālam jābūt negatīvākam vai mazāk pozitīvam), pārrakstiet vienādojumu pretējā virzienā, apgriežot elektroda potenciāla zīmi, un summējiet ar otru vienādojumu. Pozitīva EML vērtība norāda uz reakcijas iespējamību.
5.
Uzrakstiet vienādojumu reakcijai starp permanganāta jonu un ūdeņraža peroksīdu H 2 O 2. Reakcijā rodas Mn 2+ un O 2 . Kādas izredzes saņēmāt?
Un es izdomāju šādu vienādojumu:
7H2O2+2+6H+ = 2Mn2+ + 6O2+10H2O.
Atrodiet kļūdu, ja es tādu pieļāvu, vai paskaidrojiet, kāpēc jūsu izredzes atšķiras. Šis uzdevums ir paredzēts, lai pārbaudītu jūsu intelektu un zināšanas par materiālu no citām ķīmijas sadaļām.
Permanganāta jonu reakciju ar ūdeņraža peroksīdu skābā šķīdumā (sērskābē) var attēlot ar vairākiem vienādojumiem ar dažādiem koeficientiem, piemēram:
5H2O2+2+6H+ = 2Mn2+ + 5O2+8H2O,
7H2O2+2+6H+ = 2Mn2+ + 6O2+10H2O,
9H2O2+2+6H+ = 2Mn2+ + 7O2+12H2O.
Norādiet iemeslu un uzrakstiet vēl vismaz vienu vienādojumu permanganāta jona reakcijai ar ūdeņraža peroksīdu.
Ja varējāt izskaidrot šādas dīvainas parādības iemeslu, izskaidrojiet šādu vienādojumu rakstīšanas iespēju:
3H2O2+2+6H+ = 2Mn2+ + 4O2+6H2O,
H 2 O 2 + 2 + 6H + = 2Mn 2+ + 3O 2 + 4H 2 O.
Vai reakcijas var notikt saskaņā ar šiem diviem vienādojumiem?
Atbilde. Permanganāta jonu reakcija ar ūdeņraža peroksīdu tiek uzklāta paralēlajai ūdeņraža peroksīda sadalīšanās reakcijai:
2H 2 O 2 = O 2 + 2 H 2 O.
Jūs varat summēt pamata reakcijas vienādojumu ar bezgalīgi lielu šī vienādojuma skaitu un iegūt daudz vienādojumu ar dažādiem stehiometriskajiem koeficientiem.
6. Šis uzdevums var kalpot par esejas vai ziņojuma tēmu.
Apspriediet Fe 3+ jonu reducēšanās reakcijas iespēju ar ūdeņraža peroksīdu ūdens šķīdumā:
2Fe 3+ + H2O2 = 2Fe 2+ + O 2 + 2H+.
Aprēķiniet reakcijas EML, tās G un līdzsvara konstante, izmantojot standarta elektrodu potenciālus:
Pētījums par reakcijas ātruma atkarību no komponentu koncentrācijas parādīja, ka, dubultojot Fe 3+ vai H 2 O 2 individuālo koncentrāciju, reakcijas ātrums dubultojas. Kāds ir reakcijas kinētiskais vienādojums? Nosakiet, kā mainīsies reakcijas ātrums, Fe 3+ vai H 2 O 2 koncentrācijai pieaugot trīs reizes. Paredziet, kā mainīsies reakcijas ātrums, ja šķīdumu divas vai desmit reizes atšķaida ar ūdeni.
Ir ierosināts šāds reakcijas mehānisms:
H 2 O 2 = H + H + (ātrs),
Fe 3+ + H = Fe 2+ + HO 2 (lēns),
Fe 3+ + HO 2 = Fe 2+ + H + + O 2 (ātrs).
Pierādīt, ka šis mehānisms nav pretrunā iepriekš aplūkotajai ātruma atkarībai no reaģentu koncentrācijām. Kurš posms ierobežo? Kāda ir tā molekularitāte un kāda ir tā secība? Kāda ir reakcijas vispārējā secība? Ņemiet vērā, ka pastāv sarežģīti joni un molekulas, piemēram, H un HO 2, un ka katra reakcija rada divas vai pat trīs daļiņas. (Kāpēc nav posmu ar vienas daļiņas veidošanos?)
7. Tulkot krievu valodā.
Svarīgs reakcijas veids ir elektronu pārneses reakcija, kas pazīstama arī kā oksidācijas-reducēšanas vai redoksreakcija. Šķiet, ka šādā reakcijā viens vai vairāki elektroni tiek pārnesti no viena atoma uz otru. Oksidācija ir vārds, kas sākotnēji nozīmēja savienojumu ar skābekļa gāzi, taču tika uzskatīts, ka tik daudzas citas reakcijas līdzinās reakcijām ar skābekli, ka termins galu galā tika paplašināts, lai apzīmētu jebkuru reakciju, kurā viela vai suga zaudē elektronus. Redukcija ir pastiprinājuma elektroni. Šķiet, ka šī termina izcelsme ir metalurģijas terminoloģijā: rūdas reducēšana par metālu. Reducēšana ir tieši pretējs oksidācijai. Oksidācija nevar notikt, ja tā nav saistīta ar reducēšanu; tas ir, elektronus nevar pazaudēt, ja vien tos neiegūst kaut kas cits.
LABORATORIJAS PĒTĪJUMI
Jums piedāvātie uzdevumi, tāpat kā iepriekš, ir īsi pētnieciskie darbi. Eksperimentiem tika atlasītas reakcijas, kas ir svarīgas ne tikai ķīmijā, bet arī ekoloģijā. Nav nepieciešams pabeigt visus eksperimentus - izvēlieties tos, kas jūs interesē. Vēlams strādāt nelielās grupās (2-3 cilvēki). Tas samazina eksperimenta laiku, izvairās no kļūdām un, pats galvenais, ļauj iesaistīties zinātniskā komunikācijā, kas attīsta zinātnisko valodu.
1. Ūdeņraža peroksīda redoksīpašības.
Ūdeņraža peroksīds H 2 O 2 ir vissvarīgākais oksidētājs, ko izmanto ikdienā, tehnoloģijās un ūdens attīrīšanā no organiskajiem piesārņotājiem. Ūdeņraža peroksīds ir videi draudzīgs oksidētājs, jo tā sadalīšanās produkti – skābeklis un ūdens – nepiesārņo vidi. Ir zināma ūdeņraža peroksīda un peroksīda organisko savienojumu loma bioloģiskajos oksidēšanās-reducēšanās procesos.
3–6% ūdeņraža peroksīda šķīdumus sadzīves un izglītības vajadzībām parasti gatavo no 30% šķīduma, atšķaidot ar ūdeni. Ūdeņraža peroksīds uzglabāšanas laikā sadalās, izdalot skābekli (nevar uzglabāt cieši noslēgtos traukos!). Jo zemāka ir ūdeņraža peroksīda koncentrācija, jo stabilāks tas ir. Lai palēninātu sadalīšanos, pievienojiet fosforu, salicilskābi un citas vielas. Dzelzs, vara, mangāna un enzīma katalāzes sāļi īpaši spēcīgi ietekmē ūdeņraža peroksīdu.
3% ūdeņraža peroksīda šķīdumu medicīnā lieto mutes mazgāšanai un rīkles skalošanai stomatīta un kakla iekaisuma gadījumā.
Tiek saukts 30% ūdeņraža peroksīda šķīdums perhidrols. Perhidrols nav sprādzienbīstams. Kad perhidrols nokļūst uz ādas, tas izraisa apdegumus, dedzināšanu, niezi un pūslīšu veidošanos, un āda kļūst balta. Apdegusī vieta ātri jānoskalo ar ūdeni. Perhidrolu lieto medicīnā strutojošu brūču ārstēšanai un smaganu ārstēšanai stomatīta gadījumā. Kosmetoloģijā to izmanto vecuma plankumu noņemšanai uz sejas ādas. Ūdeņraža peroksīda traipus uz apģērba nevar noņemt. Ūdeņraža peroksīdu tekstilrūpniecībā izmanto vilnas un zīda, kā arī kažokādu balināšanai.
Koncentrētu (90–98%) ūdeņraža peroksīda šķīdumu ražošana nepārtraukti pieaug. Šādus šķīdumus uzglabā alumīnija traukos, pievienojot nātrija pirofosfātu Na 4 P 2 O 7 . Koncentrēti šķīdumi var sprādzienbīstami sadalīties. Koncentrēts ūdeņraža peroksīda šķīdums uz oksīda katalizatora 700 °C temperatūrā sadalās ūdens tvaikos un skābeklī, kas kalpo kā oksidētājs degvielai reaktīvo dzinēju dzinējos.
Ūdeņraža peroksīdam var būt gan oksidējošas, gan reducējošas īpašības.
Ūdeņraža peroksīda oksidētāja loma ir raksturīgāka:
H2O2+2H++2 e= 2H2O,
piemēram, reakcijā:
2KI + H 2 O 2 + H 2 SO 4 = I 2 + K 2 SO 4 + 2H 2 O.
Ūdeņraža peroksīds kā reducētājs:
1) skābā vidē:
H 2 O 2 – 2 e= O2 + 2H+;
2) pamata (sārmainā) vidē:
H 2 O 2 + 2OH - – 2 e= O 2 + 2H 2 O.
Reakciju piemēri:
1) skābā vidē:
2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4 = K2SO4 + 2MnSO4 + 5O2 + 8H2O;
2) galvenajā vidē:
2KMnO4 + H2O2 + 2KOH = 2K 2MnO4 + O 2 + 2H2O
Ūdeņraža peroksīda oksidējošās īpašības ir izteiktākas skābā vidē, un reducējošās īpašības ir izteiktākas sārmainā vidē.
1.a. Ūdeņraža peroksīda sadalīšanās.
Mēģenē ielej 2–3 ml ūdeņraža peroksīda šķīduma un karsē šķīdumu ūdens vannā. Jāsāk gāzes izlaišana. (Kurš?) Eksperimentāli pierādiet, ka šī ir tieši tā gāze, kuru jūs gaidījāt iegūt.
Ielejiet mangāna dioksīda graudu citā mēģenē ar ūdeņraža peroksīda šķīdumu. Pierādīt, ka izdalās tā pati gāze.
Uzrakstiet ūdeņraža peroksīda sadalīšanās vienādojumu un atsevišķi elektronu pieņemšanas un atbrīvošanas vienādojumus. Kāda veida redoksreakcija ir šī?
Aprēķiniet reakcijas EML, ja:
Kurai no šīm divām reakcijām ir lielāka spēja nodot elektronus, un tā būtu jāpārraksta pretējā virzienā? Aprēķiniet no reakcijas emf vērtības G reakcijas un līdzsvara konstante.
Salīdziniet rezultātus ar G Un līdzsvara konstante, kas iegūta no termodinamiskajiem datiem:
Vai jūsu aprēķinu rezultāti ir vienādi? Ja rezultātos ir dažas neatbilstības, mēģiniet atrast iemeslus.
1b. Ūdeņraža peroksīda noteikšana.
Kālija jodīda šķīdumam (2–3 ml), kas atšķaidīts un paskābināts ar sērskābi, pievieno dažus pilienus ūdeņraža peroksīda šķīduma. Šķīdums kļūs dzeltenbrūns. Kad tam pievieno dažus pilienus cietes šķīduma, maisījuma krāsa uzreiz kļūst zila. Uzrakstiet reakcijas vienādojumu (Jūs zināt, kādas vielas veidojas!).
Aprēķiniet reakcijas EML, lai pārliecinātos, ka reakcija ir iespējama (atlasiet vajadzīgo reakciju):
1. gadsimts Melnais svina sulfīds un ūdeņraža peroksīds.
Vecmeistari savas gleznas krāsoja ar krāsām, kas sagatavotas uz svina balta bāzes, kas ietvēra balto bāzisko karbonātu 2PbCO 3 Pb(OH) 2. Laika gaitā svina baltā krāsa kļūst melna, un uz tā bāzes izgatavotās krāsas maina krāsu sērūdeņraža iedarbības dēļ, un veidojas melnais svina sulfīds PbS. Ja gleznu rūpīgi noslauka ar atšķaidītu ūdeņraža peroksīda šķīdumu, svina sulfīds pārvēršas baltā svina sulfātā PbSO 4 un glezna gandrīz pilnībā atgriežas sākotnējā izskatā.
Mēģenē ielej 1–2 ml svina nitrāta Pb(NO 3) 2 vai svina acetāta Pb(CH 3 COO) 2 0,1 M šķīduma. (pārdod aptiekās kā svina losjonu). Ielejiet nedaudz sērūdeņraža vai nātrija sulfīda šķīduma. Iztukšojiet šķīdumu no iegūtajām melnajām nogulsnēm un apstrādājiet to ar ūdeņraža peroksīda šķīdumu. Uzrakstiet reakciju vienādojumus.
Visi svina savienojumi ir indīgi!
1 gads Ūdeņraža peroksīda šķīduma pagatavošana no hidroperīta.
Ja neizdevās iegūt ūdeņraža peroksīda šķīdumu, tad laboratorijas darbiem varat izmantot hidroperītu, kura tabletes var iegādāties aptiekā.
Hidroperīts ir sarežģīts ūdeņraža peroksīda savienojums ar urīnvielu (urīnvielu) NH 2 CONH 2 H 2 O 2. Izšķīdinot ūdenī, iegūst ūdeņraža peroksīda un urīnvielas NH 2 CONH 2 šķīdumu. Ūdeņraža peroksīda šķīduma vietā kā antiseptisku līdzekli un krāsojot matus izmanto hidroperīta šķīdumu. Lai izskalotu muti un kaklu, izšķīdiniet 1 tableti glāzē ūdens (0,25% ūdeņraža peroksīda šķīdums). Viena hidroperīta tablete sver 1,5 g un atbilst 15 ml
(1 ēdamkarote) 3% ūdeņraža peroksīda šķīdums.
Aprēķiniet, cik daudz hidroperīta tablešu jāizšķīdina 100 ml ūdens, lai iegūtu aptuveni 1% ūdeņraža peroksīda šķīdumu. Kādu skābekļa tilpumu (n.o.) var iegūt no vienas hidroperīta tabletes?
Eksperimentāli nosakiet, cik mililitru skābekļa var iegūt no vienas hidroperīta tabletes. Piedāvājiet ierīces dizainu un salieciet to. Samaziniet atbrīvotā skābekļa daudzumu līdz normāliem apstākļiem. Lai iegūtu precīzākus aprēķinu rezultātus, var ņemt vērā ūdens tvaika spiedienu virs šķīduma, kas istabas temperatūrā (20 °C) ir aptuveni vienāds ar 2300 Pa.
Daudzi 19. gadsimta pētnieki, kuri ieguva tīru ūdeņraža peroksīdu, atzīmēja šī savienojuma bīstamību. Tātad, kad viņi mēģināja atdalīt N
2 O 2 no ūdens, ekstrahējot no atšķaidītiem šķīdumiem ar dietilēteri, kam seko gaistošā ētera destilācija, iegūtā viela dažkārt eksplodēja bez redzama iemesla. Vienā no šiem eksperimentiem vācu ķīmiķis Yu.V. Bruhl ieguva bezūdens H 2 O 2 , kas smirdēja pēc ozona un eksplodēja, pieskaroties nesakausētam stikla stienim. Neskatoties uz nelielu daudzumu H 2 O 2 (kopā 12 ml) sprādziens bijis tik spēcīgs, ka izdūris apaļu caurumu galda dēlī, iznīcinot tā atvilktnes saturu, kā arī uz galda un blakus stāvošās pudeles un instrumentus.Fizikālās īpašības. Tīrs ūdeņraža peroksīds ļoti atšķiras no pazīstamā 3% H šķīduma 2 O 2 , kas atrodas mājas aptieciņā. Pirmkārt, tas ir gandrīz pusotru reizi smagāks par ūdeni (blīvums 20°C temperatūrā ir 1,45 g/cm 3). H2O2 sasalst temperatūrā, kas ir nedaudz zemāka par ūdens sasalšanas temperatūru mīnus 0,41 ° C, bet, ja ātri atdzesē tīru šķidrumu, tas parasti nesasalst, bet tiek pārdzesēts, pārvēršoties caurspīdīgā stiklveida masā. Risinājumi H 2 O 2 sasaldē daudz zemākā temperatūrā: 30% šķīdums mīnus 30 ° C temperatūrā un 60% šķīdums mīnus 53 ° C temperatūrā. Vāra H 2 O 2 temperatūrā, kas ir augstāka par parasto ūdeni, 150,2 ° C. Mitrina stiklu H 2 O 2 sliktāk nekā ūdens, un tas noved pie interesantas parādības lēnas ūdens šķīdumu destilācijas laikā: kamēr ūdens tiek destilēts no šķīduma, tas, kā parasti, pilienu veidā plūst no ledusskapja uz uztvērēju; kad tas sāk destilēties 2 O 2 , šķidrums no ledusskapja nāk ārā nepārtrauktas plānas strūklas veidā. Uz ādas tīrs ūdeņraža peroksīds un tā koncentrētie šķīdumi atstāj baltus plankumus un izraisa dedzinošu sajūtu smaga ķīmiska apdeguma dēļ.Rakstā, kas veltīts ūdeņraža peroksīda ražošanai, Tenards ne pārāk veiksmīgi salīdzināja šo vielu ar sīrupu; iespējams, viņš domāja, ka tīrs H
2 O 2 , tāpat kā cukura sīrups, spēcīgi lauž gaismu. Patiešām, bezūdens H refrakcijas indekss 2 O 2 (1,41) ir daudz lielāks nekā ūdens (1,33). Tomēr vai nu nepareizas interpretācijas, vai slikta tulkojuma no franču valodas dēļ gandrīz visās mācību grāmatās joprojām ir rakstīts, ka tīrs ūdeņraža peroksīds ir “biezs, sīrupains šķidrums”, un teorētiski tas pat tiek skaidrots ar ūdeņraža saišu veidošanos. Bet ūdens veido arī ūdeņraža saites. Faktiski viskozitāte N 2 O 2 tāds pats kā nedaudz atdzesētam (līdz aptuveni 13 °C) ūdenim, taču nevar teikt, ka vēss ūdens ir biezs kā sīrups.Sadalīšanās reakcija. Tīrs ūdeņraža peroksīds ir ļoti bīstama viela, jo noteiktos apstākļos ir iespējama tā sprādzienbīstama sadalīšanās: H 2 O 2 ® H 2 O + 1/2 O 2 izdalot 98 kJ uz molu H 2 O 2 (34 g). Tā ir ļoti liela enerģija: tā ir lielāka par to, kas izdalās, kad ūdeņraža un hlora maisījuma sprādzienā veidojas 1 mols HCl; pietiek ar to, lai pilnībā iztvaicētu 2,5 reizes vairāk ūdens, nekā veidojas šajā reakcijā. Bīstami ir arī koncentrēti H ūdens šķīdumi 2 O 2 , to klātbūtnē daudzi organiskie savienojumi viegli spontāni aizdegas, un pēc trieciena šādi maisījumi var eksplodēt. Koncentrētu šķīdumu uzglabāšanai izmantojiet traukus, kas izgatavoti no īpaši tīra alumīnija vai vaskota stikla.Biežāk jūs saskaraties ar mazāk koncentrētu 30% H šķīdumu
2 O 2 , ko sauc par perhidrolu, taču šāds šķīdums ir arī bīstams: rada ādas apdegumus (iedarbojoties, āda uzreiz kļūst balta, mainoties krāsvielu krāsai), un, ja iekļūst piemaisījumi, iespējama sprādzienbīstama vārīšanās. Sadalīšanās H 2 O 2 un tā šķīdumus, arī sprādzienbīstamos, rada daudzas vielas, piemēram, smago metālu joni, kas šajā gadījumā pilda katalizatora lomu, un pat putekļu daļiņas. 2 O 2 ir izskaidrojami ar reakcijas spēcīgo eksotermiskumu, procesa ķēdes raksturu un ievērojamu H sadalīšanās aktivācijas enerģijas samazināšanos. 2 O 2 dažādu vielu klātbūtnē, ko var spriest pēc šādiem datiem:Fermenta katalāze ir atrodama asinīs; Pateicoties tam, farmaceitiskais "ūdeņraža peroksīds" "uzvārās" no skābekļa izdalīšanās, kad to izmanto, lai dezinficētu nogrieztu pirkstu. Koncentrēta H šķīduma sadalīšanās reakcija 2 O 2 ne tikai cilvēki izmanto katalāzi; Tieši šī reakcija palīdz bombardiervabolei cīnīties ar ienaidniekiem, izlaižot pret tiem karstu straumi ( cm . SPRĀGSTVIELAS). Cits enzīms, peroksidāze, darbojas citādi: tas nesadalās H 2 O 2 , bet tā klātbūtnē notiek citu vielu oksidēšanās ar ūdeņraža peroksīdu.Fermentiem, kas ietekmē ūdeņraža peroksīda reakcijas, ir svarīga loma šūnas dzīvē. Enerģiju ķermenim piegādā oksidācijas reakcijas, kas saistītas ar skābekli, kas nāk no plaušām. Šajās reakcijās H veidojas starpposmā
2 O 2 , kas ir kaitīgs šūnai, jo rada neatgriezeniskus dažādu biomolekulu bojājumus. Katalāze un peroksidāze darbojas kopā, lai pārveidotu H 2 O 2 ūdenī un skābeklī.H sadalīšanās reakcija
2 O 2 bieži notiek caur radikālu ķēdes mehānismu ( cm. ĶĒDES REAKCIJAS), savukārt katalizatora uzdevums ir ierosināt brīvos radikāļus. Tādējādi ūdens šķīdumu maisījumā H 2 O 2 un Fe 2+ (tā sauktais Fentona reaģents) no Fe jona notiek elektronu pārneses reakcija 2+ uz H 2 O 2 molekulu ar Fe jonu veidošanos 3+ un ļoti nestabils radikāls anjons . , kas nekavējoties sadalās OH anjonā un brīvais hidroksilradikālis OH. ( cm. BRĪVIE RADIKĀĻI). Radikāls HE. ļoti aktīva. Ja sistēmā ir organiskie savienojumi, tad iespējamas dažādas reakcijas ar hidroksilradikāļiem. Tādējādi tiek oksidēti aromātiskie savienojumi un hidroksiskābes (benzols, piemēram, pārvēršas par fenolu), nepiesātinātie savienojumi var pievienot hidroksilgrupas divkāršajai saitei: CH 2 =CHCH2OH + 2OH. ® NOCH2CH(OH)CH2 OH, un var iesaistīties polimerizācijas reakcijā. Ja nav piemērotu reaģentu, OH. reaģē ar H2O2 ar mazāk aktīva radikāļa H O veidošanos 2 . , kas spēj samazināt Fe jonus 2+ , kas noslēdz katalītisko ciklu: H 2 O 2 + Fe 2+ ® Fe 3+ + OH . + OH OH . + H 2 O 2 ® H 2 O + HO 2 .HO 2 . + Fe 3+
® Fe 2+ + O 2 + H + ® H 2 O. Noteiktos apstākļos ir iespējama H ķēdes sadalīšanās 2 O 2 , kura vienkāršotu mehānismu var attēlot diagrammā. + H 2 O 2 ® H 2 O + HO 2 . 2 . +H2O2® H 2 O + O 2 + OH . utt.H sadalīšanās reakcijas
2 O 2 rodas dažādu mainīgas valences metālu klātbūtnē. Savienojoties sarežģītos savienojumos, tie bieži ievērojami uzlabo savu darbību. Piemēram, vara joni ir mazāk aktīvi nekā dzelzs joni, bet ir saistīti ar amonjaka kompleksiem 2+ , tie izraisa ātru H sadalīšanos 2 O 2 . Mn joniem ir līdzīga iedarbība 2+ saistīti kompleksos ar noteiktiem organiskiem savienojumiem. Šo jonu klātbūtnē bija iespējams izmērīt reakcijas ķēdes garumu. Lai to izdarītu, mēs vispirms izmērījām reakcijas ātrumu pēc skābekļa izdalīšanās ātruma no šķīduma. Pēc tam ļoti zema koncentrācija (apmēram 10 5 mol/l) inhibitors viela, kas efektīvi reaģē ar brīvajiem radikāļiem un tādējādi pārtrauc ķēdi. Skābekļa izdalīšanās nekavējoties apstājās, bet pēc aptuveni 10 minūtēm, kad viss inhibitors bija izlietots, tā atkal atsākās tādā pašā ātrumā. Zinot reakcijas ātrumu un ķēdes pārtraukšanas ātrumu, ir viegli aprēķināt ķēdes garumu, kas izrādījās vienāds ar 10 3 saites Lielais ķēdes garums nosaka H sadalīšanās augsto efektivitāti 2 O 2 visefektīvāko katalizatoru klātbūtnē, kas lielā ātrumā rada brīvos radikāļus. Norādītajam ķēdes garumam sadalīšanās ātrums H 2 O 2 faktiski palielinās tūkstoš reižu.Dažreiz manāma H sadalīšanās
2 O 2 izraisīt pat tādu piemaisījumu pēdas, kuras analītiski gandrīz nav nosakāmas. Tādējādi viens no efektīvākajiem katalizatoriem izrādījās metāla osmija sols: tā spēcīgais katalītiskais efekts tika novērots pat atšķaidījumā 1:10. 9 , t.i. 1 g Os uz 1000 tonnām ūdens. Aktīvie katalizatori ir pallādija, platīna, irīdija, zelta, sudraba, kā arī dažu metālu cieto oksīdu MnO koloidālie šķīdumi. 2, Co 2 O 3, PbO 2 utt., kas paši nemainās. Sadalīšanās var notikt ļoti ātri. Tātad, ja neliela šķipsniņa MnO 2 piliniet mēģenē ar 30% H šķīdumu 2 O 2 , no mēģenes ar šķidruma šļakatām izplūst tvaika kolonna. Izmantojot koncentrētākus šķīdumus, notiek sprādziens. Uz platīna virsmas sadalīšanās notiek klusāk. Šajā gadījumā reakcijas ātrumu spēcīgi ietekmē virsmas stāvoklis. 19. gadsimta beigās diriģēja vācu ķīmiķis Valters Springs. tāda pieredze. Rūpīgi iztīrītā un pulētā platīna kausā 38% H šķīduma sadalīšanās reakcija 2 O 2 nepārgāja pat uzkarsējot līdz 60° C. Ja ar adatu izveido tikko pamanāmu skrāpējumu krūzes apakšā, tad jau aukstais (pie 12° C) šķīdums skrāpējuma vietā sāk izdalīt skābekļa burbuļus, un karsējot, sadalīšanās gar šo vietu manāmi pastiprinās. Ja šādā šķīdumā ievada porainu platīnu, kura virsmas laukums ir ļoti liels, tad iespējama sprādzienbīstama sadalīšanās.Ātra H sadalīšanās
2 O 2 var izmantot efektīvam lekciju eksperimentam, ja pirms katalizatora pievienošanas šķīdumam pievieno virsmaktīvo vielu (ziepes, šampūnu). Izdalītais skābeklis rada bagātīgas baltas putas, ko sauc par "ziloņu zobu pastu".Daži katalizatori ierosina H sadalīšanos bez ķēdes
2 O 2, piemēram: H 2 O 2 + 2I + 2H + ® 2H 2 O + I 2 ® 2I + 2H + + O 2. Neķēdes reakcija notiek arī Fe jonu oksidēšanās gadījumā 2+ skābos šķīdumos: 2FeSO 4 + H 2 O 2 + H 2 SO 4 ® Fe 2 (SO 4) 3 + 2H 2 O. Tā kā ūdens šķīdumi gandrīz vienmēr satur dažādu katalizatoru pēdas (stiklā esošie metālu joni var arī katalizēt sadalīšanos), H šķīdumi 2 O 2 , pat atšķaidīts, ilgstošas uzglabāšanas laikā tiek pievienoti inhibitori un stabilizatori, kas saista metāla jonus. Šajā gadījumā šķīdumus nedaudz paskābina, jo tīra ūdens iedarbība uz stiklu rada vāji sārmainu šķīdumu, kas veicina H sadalīšanos. 2 O 2 . Visas šīs H sadalīšanās pazīmes 2 O 2 ļauj atrisināt pretrunu. Lai iegūtu tīru H 2 O 2 ir nepieciešams veikt destilāciju pazeminātā spiedienā, jo viela sadalās, karsējot virs 70 ° C, un pat, kaut arī ļoti lēni, istabas temperatūrā (kā norādīts Ķīmiskajā enciklopēdijā, ar ātrumu 0,5% gadā). Kā šajā gadījumā tika iegūta viršanas temperatūra pie atmosfēras spiediena 150,2°C, kas norādīta tajā pašā enciklopēdijā? Parasti šādos gadījumos tiek izmantots fizikāli ķīmiskais likums: šķidruma tvaika spiediena logaritms lineāri ir atkarīgs no apgrieztās temperatūras (pēc Kelvina skalas), tāpēc, ja precīzi mēra tvaika spiedienu H 2 O 2 pie vairākām (zemām) temperatūrām ir viegli aprēķināt, kādā temperatūrā šis spiediens sasniegs 760 mm Hg. Un tā ir viršanas temperatūra normālos apstākļos.Teorētiski OH radikāļi
. var veidoties arī tad, ja nav iniciatoru, vājākas OO saites pārrāvuma rezultātā, bet tam nepieciešama diezgan augsta temperatūra. Neskatoties uz salīdzinoši zemo šīs saites pārraušanas enerģiju H molekulā 2 O 2 (tas ir vienāds ar 214 kJ/mol, kas ir 2,3 reizes mazāk nekā HOH saitei ūdens molekulā), OO saite joprojām ir pietiekami spēcīga, lai ūdeņraža peroksīds būtu absolūti stabils istabas temperatūrā. Un pat viršanas temperatūrā (150 ° C) tam vajadzētu ļoti lēni sadalīties. Aprēķins parāda, ka kadŠajā temperatūrā arī 0,5% sadalīšanās notiek diezgan lēni, pat ja ķēdes garums ir 1000 saites. Aprēķinu un eksperimentālo datu neatbilstība ir izskaidrojama ar katalītisko sadalīšanos, ko izraisa mazākie piemaisījumi šķidrumā un reakcijas trauka sieniņās. Tāpēc H sadalīšanās aktivācijas enerģija, ko mēra daudzi autori 2 O 2 vienmēr ievērojami mazāks par 214 kJ/mol pat “ja nav katalizatora”. Faktiski sadalīšanās katalizators vienmēr ir klāt gan nenozīmīgu piemaisījumu veidā šķīdumā, gan trauka sieniņu veidā, tāpēc karsējot bezūdens H 2 O 2 līdz vārīšanās atmosfēras spiedienā atkārtoti izraisīja sprādzienus.Dažos apstākļos H sadalīšanās
2 O 2 notiek ļoti neparasti, piemēram, ja karsējat H šķīdumu 2 O 2 kālija jodāta KIO klātbūtnē 3 , tad pie noteiktām reaģentu koncentrācijām tiek novērota svārstību reakcija, kas periodiski apstājas un pēc tam atsākas ar periodu no 40 līdz 800 sekundēm.H ķīmiskās īpašības 2 O 2 . Ūdeņraža peroksīds ir skābe, bet ļoti vāja. Disociācijas konstante H 2 O 2 H + + HO 2 25°C temperatūrā ir vienāds ar 2,4 10 12 , kas ir par 5 kārtām mazāks nekā H 2 S. Vidēji sāļi H 2 O 2 sārmu un sārmzemju metālus parasti sauc par peroksīdiem ( cm. PEROKSĪDI). Izšķīdinot ūdenī, tie gandrīz pilnībā tiek hidrolizēti: Na 2 O 2 + 2H 2 O ® 2NaOH + H 2 O 2 . Hidrolīzi veicina šķīdumu paskābināšana. Tāpat kā skābe H 2 O 2 veido arī skābes sāļus, piemēram, Ba(HO 2) 2, NaHO 2 uc Skābie sāļi ir mazāk jutīgi pret hidrolīzi, bet karsējot viegli sadalās, izdalot skābekli: 2NaHO 2 ® 2NaOH + O 2 . Atbrīvojies sārms, tāpat kā H 2 O 2 , veicina sadalīšanos.Risinājumi H
2 O 2 , īpaši koncentrētām, piemīt spēcīga oksidējoša iedarbība. Tādējādi 65% H šķīduma ietekmē 2 O 2 uz papīra, zāģu skaidām un citām viegli uzliesmojošām vielām tie aizdegas. Mazāk koncentrēti šķīdumi atkrāso daudzus organiskos savienojumus, piemēram, indigo. Formaldehīda oksidēšanās notiek neparasti: H 2 O 2 tiek reducēts nevis uz ūdeni (kā parasti), bet par brīvu ūdeņradi: 2HCHO + H 2 O 2 ® 2НСООН + Н 2 . Ja lietojat 30% H šķīdumu 2 O 2 un 40% HCHO šķīdumu, tad pēc nelielas karsēšanas sākas vardarbīga reakcija, šķidrums vārās un puto. Atšķaidītu H šķīdumu oksidatīvā iedarbība 2 O 2 ir visizteiktākā skābā vidē, piemēram, H 2 O 2 + H 2 C 2 O 4 ® 2H 2 O + 2CO 2 , bet oksidēšanās iespējama arī sārmainā vidē:Na + H 2 O 2 + NaOH® Na2; 2K 3 + 3H 2 O 2® 2KCrO4 + 2KOH + 8H2O. Melnā svina sulfīda oksidēšana par balto sulfātu PbS+ 4H 2 O 2 ® PbSO 4 + 4H 2 O var izmantot, lai atjaunotu svina baltumu uz vecām gleznām. Gaismas ietekmē arī sālsskābe tiek oksidēta: H 2 O 2 + 2HCl ® 2H 2 O + Cl 2 . Pievienojot H2O2 uz skābēm ievērojami palielina to ietekmi uz metāliem. Tādējādi maisījumā ar H 2 O 2 un atšķaida H 2 SO 4 varš, sudrabs un dzīvsudrabs izšķīst; jods skābā vidē tiek oksidēts par periodisko skābi HIO 3 , sēra dioksīds uz sērskābi utt.Neparasti vīnskābes kālija nātrija sāls (Rochelle sāls) oksidēšanās notiek kobalta hlorīda kā katalizatora klātbūtnē. Reakcijas laikā KOOC(CHOH)
2 COONa + 5H 2 O 2 ® KHCO 3 + NaHCO 3 + 6H 2 O + 2CO 2 rozā CoCl 2 maina krāsu uz zaļu, jo veidojas komplekss savienojums ar tartrātu, vīnskābes anjonu. Reakcijai turpinoties un tartrātam oksidējoties, komplekss tiek iznīcināts un katalizators atkal kļūst rozā krāsā. Ja kā katalizatoru kobalta hlorīda vietā izmanto vara sulfātu, starpprodukta savienojums atkarībā no izejas reaģentu attiecības tiks iekrāsots oranžā vai zaļā krāsā. Pēc reakcijas beigām vara sulfāta zilā krāsa tiek atjaunota.Ūdeņraža peroksīds pilnīgi atšķirīgi reaģē spēcīgu oksidētāju klātbūtnē, kā arī vielu, kas viegli izdala skābekli. Šādos gadījumos N
2 O 2 var darboties arī kā reducētājs ar vienlaicīgu skābekļa izdalīšanos (tā sauktā H reducējošā sadalīšanās 2 O 2 ), piemēram: 2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4® K2SO4 + 2MnSO4 + 5O2 + 8H2O;Ag 2 O + H 2 O 2
® 2Ag + H2O + O2; O 3 + H 2 O 2 ® H 2 O + 2O 2; ® NaCl + H 2 O + O 2 . Pēdējā reakcija ir interesanta, jo tā rada satrauktas skābekļa molekulas, kas izstaro oranžu fluorescenci ( cm. HLORA AKTĪVS). Līdzīgi metāliskais zelts izdalās no zelta sāļu šķīdumiem, metāliskais dzīvsudrabs tiek iegūts no dzīvsudraba oksīda utt. Tāds neparasts īpašums 2 O 2 ļauj, piemēram, veikt kālija heksacianoferāta (II) oksidēšanu un pēc tam, mainot apstākļus, atjaunot reakcijas produktu sākotnējā savienojumā, izmantojot to pašu reaģentu. Pirmā reakcija notiek skābā vidē, otrā - sārmainā vidē:2K 4 + H 2 O 2 + H 2 SO 4® 2K3 + K2SO4 + 2H2O;2K3 + H2O2 + 2KOH
® 2K 4 + 2H 2 O + O 2.("Divkāršs raksturs" N 2 O 2 ļāva vienam ķīmijas skolotājam salīdzināt ūdeņraža peroksīdu ar slavenā angļu rakstnieka Stīvensona stāsta varoni. Dīvainais Dr Džekila un Haida kunga gadījums, viņa izdomātās kompozīcijas iespaidā viņš varēja krasi mainīt savu raksturu, no cienījama džentlmeņa pārvēršoties par asinskāru maniaku.)H 2 O 2 iegūšana. H 2 O 2 molekulas vienmēr tiek iegūti nelielos daudzumos dažādu savienojumu sadegšanas un oksidēšanās laikā. Dedzinot H 2 O 2 veidojas vai nu ūdeņraža atomiem abstrahējoties no izejas savienojumiem ar starpposma hidroperoksīda radikāļiem, piemēram: HO 2 . + CH 4 ® H 2 O 2 + CH 3 . , vai aktīvo brīvo radikāļu rekombinācijas rezultātā: 2OH. ® Н 2 О 2 , Н . + BET 2 . ® H 2 O 2 . Piemēram, ja skābekļa-ūdeņraža liesma ir vērsta uz ledus gabalu, tad izkusušajā ūdenī būs ievērojams daudzums H 2 O 2 , kas veidojas brīvo radikāļu rekombinācijas rezultātā (H molekulas liesmā 2 O 2 nekavējoties sadalās). Līdzīgs rezultāts tiek iegūts, sadedzinot citas gāzes. Izglītība N 2 O 2 var rasties arī zemā temperatūrā dažādu redoksprocesu rezultātā.Rūpniecībā ūdeņraža peroksīds jau sen vairs netiek ražots ar Tenara metodi no bārija peroksīda, bet tiek izmantotas modernākas metodes. Viens no tiem ir sērskābes šķīdumu elektrolīze. Šajā gadījumā pie anoda sulfāta joni tiek oksidēti par persulfāta joniem: 2SO
4 2 2e ® S 2 O 8 2 . Pēc tam persērskābi hidrolizē: H 2 S 2 O 8 + 2H 2 O ® H 2 O 2 + 2H 2 SO 4 . Katodā, kā parasti, notiek ūdeņraža evolūcija, tāpēc kopējo reakciju apraksta ar vienādojumu 2H 2 O ® H 2 O 2 + H 2 . Bet galvenā mūsdienu metode (vairāk nekā 80% no pasaules produkcijas) ir dažu organisko savienojumu, piemēram, etilantrahidrohinona, oksidēšana ar atmosfēras skābekli organiskā šķīdinātājā, bet H2 veidojas no antrahidrohinona. 2 O 2 un atbilstošais antrahinons, kas pēc tam atkal tiek reducēts ar ūdeņradi uz katalizatora līdz antrahidrohinonam. Ūdeņraža peroksīdu no maisījuma atdala ar ūdeni un koncentrē destilējot. Līdzīga reakcija notiek, lietojot izopropilspirtu (tā notiek ar starpposma hidroperoksīda veidošanos): (CH 3) 2 CHOH + O 2 ® (CH 3) 2 C(UN) OH ® (CH 3) 2 CO + H 2 O 2 . Ja nepieciešams, iegūto acetonu var arī reducēt līdz izopropilspirtam.H 2 O 2 pielietošana. Ūdeņraža peroksīds tiek plaši izmantots, un tā ražošanas apjoms pasaulē sasniedz simtiem tūkstošu tonnu gadā. To izmanto neorganisko peroksīdu ražošanai, kā oksidētāju raķešu degvielai, organiskās sintēzēs, eļļu, tauku, audumu, papīra balināšanai, pusvadītāju materiālu attīrīšanai, vērtīgu metālu ieguvei no rūdām (piemēram, urāna, pārvēršot tā nešķīstošo formu šķīstošā), notekūdeņu attīrīšanai. Medicīnā risinājumi N 2 O 2 lieto skalošanai un eļļošanai pie gļotādu iekaisuma slimībām (stomatīts, iekaisis kakls), strutojošu brūču ārstēšanai. Kontaktlēcu futrāļiem dažkārt vāciņā ir ievietots ļoti neliels daudzums platīna katalizatora. Dezinfekcijai lēcas iepilda penālī ar 3% H šķīdumu 2 O 2 , bet, tā kā šis risinājums ir kaitīgs acīm, penālis pēc kāda laika tiek apgriezts. Šajā gadījumā katalizators vākā ātri sadalās H 2 O 2 tīram ūdenim un skābeklim.Kādreiz bija modē matus balināt ar “peroksīdu”, tagad ir drošāki matu krāsošanas savienojumi.
Atsevišķu sāļu klātbūtnē ūdeņraža peroksīds veido sava veida cietu “koncentrātu”, kuru ir ērtāk transportēt un lietot. Tātad, ja pievienojat H ļoti atdzesētam piesātinātam nātrija borāta (boraks) šķīdumam,
2 O 2 klātbūtnē lieli caurspīdīgi nātrija peroksoborāta Na kristāli 2 [(BO 2) 2 (OH) 4 ]. Šo vielu plaši izmanto audumu balināšanai un kā mazgāšanas līdzekļu sastāvdaļu. Molekulas H 2 O 2 , tāpat kā ūdens molekulas, spēj iekļūt sāļu kristāliskajā struktūrā, veidojot kaut ko līdzīgu kristāliskajiem hidrātiem peroksohidrātiem, piemēram, K 2 CO 3 3H 2 O 2, Na 2 CO 3 1,5 H 2 O; pēdējais savienojums ir plaši pazīstams kā "persol".Tā sauktais “hidroperīts” CO (NH
2) 2 H 2 O 2 ir klatrāta savienojums, kas ietver H molekulas 2 O 2 urīnvielas kristāliskā režģa tukšumos.Analītiskajā ķīmijā dažu metālu noteikšanai var izmantot ūdeņraža peroksīdu. Piemēram, ja titāna(IV) sāls titanilsulfāta šķīdumam pievieno ūdeņraža peroksīdu, šķīdums kļūst spilgti oranžs, jo veidojas pertitānskābe:
TiOSO 4 + H 2 SO 4 + H 2 O 2 ® H2 + H2O.Bezkrāsains molibdāta jons MoO 4 2 tiek oksidēts ar H 2 O 2 intensīvi oranžas krāsas peroksīda anjonā. Paskābināts kālija dihromāta šķīdums H klātbūtnē 2 O 2 veido perhromskābi: K2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 + 5H 2 O 2® H2Cr2O12+K2SO4+5H2O, kas sadalās diezgan ātri: H 2 Cr 2 O 12 + 3H 2 SO 4 ® Cr 2 (SO 4) 3 + 4H 2 O + 4O 2. Ja mēs pievienojam šos divus vienādojumus, mēs iegūstam kālija dihromāta reducēšanas reakciju ar ūdeņraža peroksīdu:K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 + 5H 2 O 2® Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 9H 2 O + 4O 2.Perhromskābi var ekstrahēt no ūdens šķīduma ar ēteri (ētera šķīdumā tā ir daudz stabilāka nekā ūdenī). Ēteriskais slānis kļūst intensīvi zils.Iļja Lensons
LITERATŪRA Dolgoplosk B.A., Tinyakova E.I. Brīvo radikāļu rašanās un to reakcijas. M., Ķīmija, 1982Ūdeņraža peroksīda ķīmija un tehnoloģija. L., Ķīmija, 1984
Ūdeņraža peroksīds (peroksīds) ir bezkrāsains, sīrupains šķidrums ar blīvumu, kas sacietē pie -. Šī ir ļoti trausla viela, kas var sprādzienbīstami sadalīties ūdenī un skābeklī, izdalot lielu daudzumu siltuma:
Ūdeņraža peroksīda ūdens šķīdumi ir stabilāki; vēsā vietā tos var uzglabāt diezgan ilgu laiku. Perhidrols, šķīdums, kas tiek pārdots, satur. Tas, kā arī ļoti koncentrēti ūdeņraža peroksīda šķīdumi satur stabilizējošas piedevas.
Ūdeņraža peroksīda sadalīšanos paātrina katalizatori. Ja, piemēram, ūdeņraža peroksīda šķīdumā iemetat nedaudz mangāna dioksīda, notiek spēcīga reakcija un izdalās skābeklis. Katalizatori, kas veicina ūdeņraža peroksīda sadalīšanos, ir varš, dzelzs, mangāns, kā arī šo metālu joni. Jau šo metālu pēdas var izraisīt sabrukšanu.
Ūdeņraža peroksīds veidojas kā starpprodukts ūdeņraža sadegšanas laikā, bet ūdeņraža liesmas augstās temperatūras dēļ tas nekavējoties sadalās ūdenī un skābeklī.
Rīsi. 108. Molekulas uzbūves shēma. Leņķis ir tuvu , leņķis ir tuvu . Saites garums: .
Tomēr, ja jūs novirzāt ūdeņraža liesmu uz ledus gabalu, iegūtajā ūdenī var atrast ūdeņraža peroksīda pēdas.
Ūdeņraža peroksīds rodas arī, atomu ūdeņradim iedarbojoties uz skābekli.
Rūpniecībā ūdeņraža peroksīdu ražo galvenokārt ar elektroķīmiskām metodēm, piemēram, sērskābes vai amonija hidrogēnsulfāta šķīdumu anodiskā oksidēšana, kam seko iegūtās peroksodisērskābes hidrolīze (sk. § 132). Šajā gadījumā notiekošos procesus var attēlot ar šādu diagrammu:
Ūdeņraža peroksīdā ūdeņraža atomi ir kovalenti saistīti ar skābekļa atomiem, starp kuriem ir arī vienkārša saite. Ūdeņraža peroksīda struktūru var izteikt ar šādu strukturālo formulu: H-O-O-H.
Molekulām ir ievērojama polaritāte, kas ir to telpiskās struktūras sekas (106. att.).
Ūdeņraža peroksīda molekulā saites starp ūdeņraža un skābekļa atomiem ir polāras (kopīgo elektronu pārvietošanās dēļ pret skābekli). Tāpēc ūdens šķīdumā polāro ūdens molekulu ietekmē ūdeņraža peroksīds var atdalīt ūdeņraža jonus, t.i., tam piemīt skābas īpašības. Ūdeņraža peroksīds ir ļoti vāja divbāziska skābe ūdens šķīdumā, kas, kaut arī nelielā mērā, sadalās jonos:
Otrās pakāpes disociācija
praktiski nav noplūdes. To nomāc ūdens, viela, kas disociējas, veidojot ūdeņraža jonus lielākā mērā nekā ūdeņraža peroksīds. Tomēr, kad ūdeņraža joni saistās (piemēram, šķīdumā ievadot sārmu), otrajā posmā notiek disociācija.
Ūdeņraža peroksīds tieši reaģē ar dažām bāzēm, veidojot sāļus.
Tādējādi, ūdeņraža peroksīdam iedarbojoties uz bārija hidroksīda ūdens šķīdumu, izgulsnējas ūdeņraža peroksīda bārija sāls nogulsnes:
Ūdeņraža peroksīda sāļus sauc par peroksīdiem vai peroksīdiem. Tie sastāv no pozitīvi lādētiem metāla joniem un negatīvi lādētiem joniem, kuru elektronisko struktūru var attēlot diagrammā:
Skābekļa oksidācijas pakāpe ūdeņraža peroksīdā ir -1, t.i., tai ir starpvērtība starp skābekļa oksidācijas pakāpi ūdenī un molekulārajā skābeklī (0). Tāpēc ūdeņraža peroksīdam piemīt gan oksidētāja, gan reducētāja īpašības, t.i., tam piemīt redoksdualitāte. Tomēr to vairāk raksturo oksidējošas īpašības, jo elektroķīmiskās sistēmas standarta potenciāls
kurā tas darbojas kā oksidētājs, ir vienāds ar 1,776 V, savukārt elektroķīmiskās sistēmas standarta potenciāls
kurā ūdeņraža peroksīds ir reducētājs, ir vienāds ar 0,682 V. Citiem vārdiem sakot, ūdeņraža peroksīds var oksidēt vielas, kas nepārsniedz 1,776 V, un reducēt tikai tās, kas pārsniedz 0,682 V. Saskaņā ar tabulu. 18 (277. lpp.) var redzēt, ka pirmajā grupā ietilpst daudz vairāk vielu.
Reakciju piemēri, kurās tas kalpo kā oksidētājs, ir kālija nitrīta oksidēšana
un joda atdalīšana no kālija jodīda:
Izmanto audumu un kažokādu balināšanai, izmanto medicīnā (3% šķīdums ir dezinfekcijas līdzeklis), pārtikas rūpniecībā (pārtikas produktu konservēšanai), lauksaimniecībā sēklu apstrādei, kā arī vairāku organisko savienojumu ražošanā. , polimēri un poraini materiāli. Ūdeņraža peroksīds tiek izmantots kā spēcīgs oksidētājs raķešu tehnoloģijā.
Ūdeņraža peroksīds tiek izmantots arī veco eļļas gleznu atjaunošanai, kas laika gaitā ir aptumšojušās, jo gaisā esošo sērūdeņraža pēdu ietekmē baltais svins ir pārvērties melnā svina sulfīdā. Kad šādas gleznas tiek mazgātas ar ūdeņraža peroksīdu, svina sulfīds tiek oksidēts baltā svina sulfātā:
Raksti par tēmu
