شیمی و فناوری شیمیایی

مقالات تصاویر جداول درباره سایت Русский

کاتالیزورهای تجزیه پراکسید هیدروژن

تجزیه ترکیبات پراکسید در حضور برخی از فلزات (آهن، مس، منگنز، کبالت، کروم) و نمک های آنها که کاتالیزور هستند، رخ می دهد. بنابراین، پراکسید هیدروژن غلیظ، اسید پراستیک و تعدادی از پراکسیدهای دیگر در غیاب مواد آلی قابلیت انفجار دارند.

کاربرد عملی به عنوان سوخت تک جزئی 80-90 درصد پراکسید هیدروژن را پیدا کرده است. در موشک V-2 به عنوان سوخت کمکی برای تشکیل یک مخلوط گاز نارو استفاده شد که با کمک آن توربین های پمپ های تامین کننده سوخت موتور موشک رانده می شود. تجزیه پراکسید هیدروژن با استفاده از کاتالیزورهای جامد یا مایع انجام می شود.

سرب یکی از فعال ترین کاتالیزورهای ناهمگن است. ویژگی‌های کیفی مختلفی از این فرآیند کاتالیزوری منتشر شده است، یعنی سرب دو ظرفیتی در محلول اسیدی تأثیری بر پراکسید هیدروژن ندارد و برای تجزیه آن به یک محیط قلیایی نیاز دارد که در آن دی اکسید سرب تشکیل شود. در نتیجه مطالعه مکانیسم این کاتالیز به این نتیجه رسیدیم که می توان آن را به عنوان یک چرخه ردوکس بین سرب دو ظرفیتی سرب (OH) توصیف کرد. و سرب قرمز PbzO. شرایط فعالیت کاتالیزوری بالا زمانی رخ می دهد که هر دوی این مواد به صورت فازهای جامد در یک محلول قلیایی قوی وجود داشته باشند، اکسیدهای بالاتری تشکیل می شوند. تأثیر دامنه های مختلف pH را می توان به شرح زیر مشخص کرد. نیترات سرب در پراکسید هیدروژن حل می شود و محلول های شفاف و پایداری تشکیل می دهد. هنگامی که قلیایی اضافه می شود، یک رسوب زرد مایل به سفید تشکیل می شود و فعالیت کمی رخ می دهد. با افزودن بیشتر قلیایی، رسوب نارنجی مایل به قرمز می شود و تجزیه سریع پراکسید آغاز می شود. همانطور که معلوم شد، مقدار قلیایی مورد نیاز برای رسیدن به این نقطه با مقدار سرب محلول نسبت معکوس دارد، روی این پدیده هنوز تاثیر پیری به وضوح ثابت نشده است. مقدار پیروفسفات مورد نیاز برای پایان دادن به کاتالیز تقریباً معادل مقدار مورد نیاز برای تشکیل پیروفسفات سرب PbPO است.فعالیت کاتالیستی تقریباً در 0.2N به اوج می رسد. غلظت قلیایی در غلظت بالاتر، حلالیت سرب به صورت پلمبیت و پلمایت افزایش می یابد و فعالیت کاتالیزوری کاهش می یابد. تلاشی برای اثبات وجود یک فرآیند کاهش اکسیداسیون حلقوی با استفاده از ردیاب‌های رادیواکتیو انجام شد، اما به دلیل این واقعیت که حتی در غیاب هیدروژن غیر اکسید هیدروژن، تبادل بین یون سرب دو ظرفیتی و دی‌اکسید سرب در نیتریک انجام می‌شود، با شکست مواجه شد. اسید (که مطابق با داده های ادبیات است) و بین plumbate و plumbate در محلول اصلی (که با داده های منتشر شده در تضاد است.

تأثیر افزایش سطح یک کاتالیزور بر فعالیت کاتالیزوری آن را می توان با یک مثال نشان داد. پراکسید هیدروژن می تواند به آب و اکسیژن تجزیه شود. کاتالیزور این فرآیند پلاتین است. در یک سطح پلاتین صاف صیقلی، واکنش تجزیه H2O2 تقریباً تسریع نمی‌شود. در یک سطح ناهموار، آزادسازی ضعیف اکسیژن مشاهده می شود. پلاتین پودر شده به سرعت پراکسید هیدروژن را روی پلاتین سیاه تجزیه می کند؛ این فرآیند بسیار شدید است و افزودن محلول کلوئیدی پلاتین منجر به واکنش شدیدی می شود که گاهی اوقات با انفجار همراه است.

ترکیبات سرب کاتالیزورهای تجزیه فعال هستند. تجهیزات سرب را فقط در شرایطی می توان با موفقیت استفاده کرد که سولفات ها وجود داشته باشند که باعث تشکیل یک پوشش سولفات سرب بی اثر می شود. سرب در برخی موارد در گیاهان تولید کننده پراکسید هیدروژن با فرآیند الکترولیتی پراکسودی سولفات و در سفید کردن پشم خام در حضور سولفات ها استفاده می شود. با این حال، استفاده از سرب در تماس با تمام محلول‌های پراکسید بسیار رقیق می‌تواند خطرناک باشد و بنابراین باید از آن اجتناب کرد.

هنگام ذخیره محلول های پراکسید هیدروژن، از کاتالیزورهای منفی برای جلوگیری از تجزیه آن استفاده می شود. به عنوان کاتالیزورهایی که تثبیت کننده نامیده می شوند، می توان از مقادیر کمی اسید فسفریک، سالیسیلیک، اسید اوریک استفاده کرد (مثلاً 1 گرم اسید اوریک برای 30 لیتر پراکسید غلیظ کافی است) که از پراکسید هیدروژن در برابر تجزیه محافظت می کند.

پراکسید هیدروژن جامد به طور غیرعادی بی اثر است. به عنوان مثال، اگر 0.5 n سرد شود. محلول پرمنگنات، ذرات زنگ یا سایر کاتالیزورها و اجازه نمی دهند پراکسید ذوب شود، تجزیه به هیچ وجه مشاهده نمی شود. تجزیه تنها پس از ذوب آغاز می شود.

هرچه پراکسید هیدروژن خالص تر باشد، در طول ذخیره سازی کندتر تجزیه می شود. کاتالیزورهای فعال مخصوصاً برای تجزیه H2O2 ترکیباتی از فلزات خاص (Cp، Fe، منگنز و غیره) هستند و حتی آثاری از آنها که نمی توان مستقیماً به صورت تحلیلی تعیین کرد، به طور قابل توجهی عمل می کنند. برای اتصال این فلزات به پراکسید هیدروژن به عنوان یک تثبیت کننده، اغلب کمی (در حد 10000) پیروفسفات سدیم - N34P207 اضافه می شود.

مولد بخار محفظه ای است که کاتالیزور در آن قرار می گیرد. پراکسید هیدروژن وارد محفظه می شود و در آنجا به بخار آب و اکسیژن تجزیه می شود و گرما آزاد می شود. همچنین می توان از کاتالیزور مایع برای تجزیه پراکسید هیدروژن استفاده کرد. در این مورد، محفظه ژنراتور بخار-گاز محفظه ای برای مخلوط کردن کاتالیزور مایع با پراکسید هیدروژن و تجزیه دومی است.

محلول های آبی بسیار غلیظ (80٪ و بیشتر) از H2O2 به عنوان منابع انرژی استفاده می شود و به طور مستقل (با استفاده از کاتالیزور برای تجزیه سریع H2O2 از یک لیتر پراکسید هیدروژن مایع، می توانید حدود 5000 لیتر از مخلوطی از اکسیژن را به 700 گرم کنید. درجه سانتیگراد با بخار آب)، و به عنوان یک اکسید کننده برای سوخت جت. پراکسید هیدروژن همچنین به عنوان یک عامل اکسید کننده در صنایع شیمیایی، به عنوان ماده اولیه برای تولید بسیاری از ترکیبات پراکسید، به عنوان آغازگر فرآیندهای پلیمریزاسیون و در ساخت برخی محصولات متخلخل استفاده می شود. برای پیری مصنوعی شراب ها، رنگ کردن مو، از بین بردن لکه و غیره.

پراکسید هیدروژن به طور گسترده ای برای تولید بخار و گاز برای عملکرد یک واحد توربوپمپ یک سیستم پیشران موشک استفاده می شود. از یک طرف، الزاماتی بر روی سوختی که عملکرد نیروگاه ها را تضمین می کند، داشتن شاخص های انرژی به اندازه کافی بالا برای اطمینان از عملکرد پمپ ها با حداقل هزینه ها، از سوی دیگر، داشتن دمای احتراق نسبتا پایین تحمیل می شود. رایج ترین سوخت تک جزئی برای راندن واحد توربوپمپ پراکسید هیدروژن 80-85 درصد است. هنگامی که 80٪ پراکسید هیدروژن تجزیه می شود، گاز بخار با دمای 450-500 درجه سانتیگراد به دست می آید. علاوه بر پراکسید، یک کاتالیزور در هنگام تولید گاز بخار مصرف می شود. برای تجزیه یک کیلوگرم پراکسید، 0.05 کیلوگرم کاتالیزور مایع مصرف می شود که محلول الکلی 35 درصد از KaMnO4 (پرمنگنات سدیم) است.

متسون و ماس گرمای تجزیه محلول های 10 گرمی پراکسید هیدروژن را در یک کالری سنج آدیاباتیک تعیین کردند. دی اکسید منگنز به عنوان کاتالیزور تجزیه استفاده شد. به گفته این نویسندگان، تجزیه به طور ناگهانی پایان یافت و نویسندگان اصلاحاتی را برای پراکسید هیدروژن باقیمانده انجام ندادند. اصلاحی برای بخار آب انجام شد و مقدار معینی از معادل آب کالریمتر محاسبه شد. با برونیابی خطی گرمای رقت، بر اساس میانگین چهار تعیین (دو تعیین با پراکسید 05/38 درصد و دو بار با 15/97 درصد پراکسید)، گرمای تجزیه غیر اکسید هیدروژن بی آب (45/23- کیلوکالری بر مول) محاسبه می شود.

واکنش های تجزیه مشخصه اجزای پیشران است که مواد گرماگیر هستند. به عنوان یک قاعده، آنها را می توان برای مدت طولانی بدون تجزیه در دمای معمولی ذخیره کرد، اما با افزایش دما یا تحت تأثیر یک کاتالیزور، تجزیه شروع می شود و تحت تأثیر گرمای آزاد شده خود شتاب می گیرد. بنابراین، هیدرازین که تا دمای 350 درجه سانتیگراد گرم می شود، در حضور اکسیدهای آهن، کروم، مس و سایر کاتالیزورها به طور کامل به نیتروژن و آمونیاک تجزیه می شود و بسیار شدیدتر می شود. پراکسید هیدروژن یک ماده مشخصه است که می تواند با انتشار گرما تجزیه شود. در شکل خالص آن کاملاً پایدار است و تنها زمانی که در دمای بالاتر از 140 درجه سانتیگراد گرم شود با آزاد شدن گرما شروع به تجزیه به آب و اکسیژن می کند. H2O2 کاملا خالص را می توان تا جوش (151.4 درجه سانتیگراد) گرم کرد و بدون تجزیه تقطیر کرد، اما حتی کوچکترین خراش روی دیواره ظرفی که پراکسید هیدروژن در آن گرم می شود می تواند باعث تجزیه آن شود. سرعت تجزیه پراکسید بستگی به غلظت، مقدار pH، دما، ماهیت و مقدار ناخالصی ها یا تثبیت کننده هایی دارد که تجزیه، ماهیت فیزیکی و شیمیایی سطح رگ های حاوی H2O2 را کاتالیز می کنند.

کربن عنصری وارد واکنش استوکیومتری با پراکسید هیدروژن نمی شود، اگرچه تجزیه ای که در این حالت رخ می دهد باعث تغییر خاصی در سطح کربن می شود. روپ و شلی گزارش کردند که پراکسید هیدروژن کربنات را به اسید فرمیک و فرمالدئید اکسید می کند.

روی دارای خواص غیرمعمولی است که می تواند به عنوان کاتالیزور و تثبیت کننده عمل کند. همانطور که در صفحه 451 نشان داده شده است، روی در محلول 90٪ پراکسید هیدروژن اثر تثبیت کننده دارد. 1153 مشاهده شده است که این عمل با کاهش غلظت پراکسید هیدروژن ضعیف می شود و در محلول هایی با محتوای کمتر از 40 وزنی. % پراکسید هیدروژن روی در حال حاضر به عنوان یک کاتالیزور تجزیه عمل می کند. این عمل کاتالیزوری در مخلوط با کاتالیزورهای دیگر نیز یافت شده است. ویس 156] نشان داد که روی فلزی با تکامل هیدروژن و اکسیژن، پراکسید هیدروژن را تجزیه می کند. تاکنون مکانیسمی برای توضیح این عملکرد دوگانه روی ارائه نشده است. تأثیر کادمیوم فقط در محلول های ضعیف بررسی شده است و یا خواص کاتالیزوری ضعیفی به آن نسبت داده می شود و یا کاملاً بی تأثیر تلقی می شود.

پس از استخراج، محلول آنتراکیون حاوی حدود 0.1-0.3٪ آب، مقادیر کمی پراکسید هیدروژن (0.17 گرم بر کیلوگرم غلظت به عنوان غلظت معمولی است)، و همچنین مواد آلی اکسید شده مختلف، مانند اسیدهای آلی، آلدئیدها، کتون ها، این ترکیبات می توانند کاتالیزور هیدروژناسیون نیکل را مسموم کنند و بنابراین باید قبل از گردش مجدد حذف شوند. طبق فرآیند آلمانی محلول کار با محلول آبی کربنات پتاسیم با غلظت 33 درصد (وزنی) خشک می شود، این محلول بخشی از پراکسید هیدروژن را نیز استخراج می کند. مواد آلی و آثار آب با جذب سطحی روی لایه رس حذف می شوند. پراکسید هیدروژن باقیمانده بر روی لایه ای از کاتالیزور نیکل-نقره در معرض تجزیه قرار می گیرد و گاهی اوقات مقدار کمی (حدود 10٪) از محلول احیا شده از هیدروژناتور قبل از اینکه با یک کاتالیزور به حامل تغذیه شود به مایع برگشتی اضافه می شود. حذف بهتر پراکسید هیدروژن و اکسیژن محلول. در این حالت مقدار کمی آب تشکیل می شود که در محلول کار باقی می ماند.

پراکسید هیدروژن به عنوان سوخت تک جزئی همراه با محلول آبی کلسیم یا پرمنگنات سدیم به عنوان کاتالیزور استفاده شد. چنین سوختی برای هواپیماهای فوک ولف و هنکل با نیروی رانش موتور 300، 500 و 1000 کیلوگرم و پرتابگرهای هواپیماهای پرتابه استفاده می شد.در این سیستم ها، تجزیه کاتالیستی هیدروژن پراکسید با تامین همزمان H2O2 و محلول غلیظ انجام می شود. KaMnO2 به محفظه LRE یا Ca(MnO 4)2. واکنش به سرعت با افزایش یکنواخت فشار تا 50-70 کیلوگرم بر سانتی متر مربع در 0.01-0.02 ثانیه شروع می شود.

گاز بخار برای راندن توربین یا از یک جزء خاص که جزء سوخت موتور نیست و یا از اجزایی که موتور موشک روی آنها کار می کند به دست می آید. پراکسید هیدروژن اغلب به عنوان منبع گاز بخار استفاده می شود. برای به دست آوردن گاز بخار از پراکسید هیدروژن، آن را در یک ژنراتور بخار-گاز با کمک کاتالیزورها تجزیه می کنند - موادی که باعث تجزیه می شوند.

تحت تأثیر اکسیژن و رطوبت بر روی بسیاری از فلزات، مقادیر کمی پراکسید هیدروژن تشکیل می شود که به طور کیفی با روش رنگ سنجی، به عنوان مثال، با نمک تیتانیوم یا اثر راسل تعیین می شود. این اثر مبتنی بر این واقعیت است که صفحات عکاسی به مقادیر بسیار کمی پراکسید هیدروژن بسیار حساس هستند. بنابراین، راسل نشان داد که تعدادی از مواد، از جمله فلزات مختلف، به ویژه پس از پرداخت سطح تازه، هنگامی که در نزدیکی یک صفحه عکاسی در تاریکی نگهداری می شوند، تصاویر عکاسی را ارائه می دهند. ثابت شده است که این به دلیل آزاد شدن پراکسید هیدروژن است. پراکسید هیدروژن با یکی از روش های نشان داده شده در طی اکسیداسیون فلزات زیر روی، سرب، قلع، نقره، جیوه، مس، آلومینیوم، کادمیوم، منیزیم و آهن یافت شد. این احتمال وجود دارد که در طی اکسیداسیون بسیاری از فلزات دیگر نیز تشکیل شده باشد. کشف آن بر روی فلزاتی که کاتالیزورهای فعال برای تجزیه پراکسید هیدروژن هستند مانند آهن، مس و سرب بسیار دشوار است. ظاهراً غلظت پراکسید هیدروژن، که در طی خود اکسیداسیون فلزات رخ می دهد، با سرعت نسبی تشکیل و واکنش های تجزیه تعیین می شود. و همچنین در شرایط آزمایش. غلظت‌های بالاتر پراکسید هیدروژن بر روی سطوح فلز تازه آسیاب شده و همچنین (حداقل در مورد آلومینیوم) در محلول‌های آبی ضعیف یا نسبتاً اسیدی یا کمی قلیایی یافت می‌شود. در فرآیند اکسیداسیون، فلز پتانسیل منفی به دست می آورد. پلاریزاسیون آندی فلز، تشکیل پراکسید هیدروژن را سرکوب می کند، قطبش کاتدی این تشکیل را تقویت می کند. نمی توان دقیقاً گفت که آیا وجود آب و اکسیژن برای تشکیل هیدروژن پراکسید لازم است یا خیر، اما به احتمال بسیار زیاد وجود دارد. در یک آزمایش، نمونه‌ای از آلومینیوم در نیتروژن خشک، تصویر عکاسی ضعیفی تولید کرد، اما احتمالاً اکسیژن و آب (یا فقط آب) را از هوا قبل از قرار گرفتن در یک جو بی‌اثر جذب می‌کرد.

توانایی تجزیه پراکسید هیدروژن در حضور کاتالیزورها باعث می شود موتورهایی که روی این اکسید کننده کار می کنند، دستگاه احتراق خاصی برای راه اندازی نداشته باشند. روی پراکسید هیدروژن، به اصطلاح شروع حرارتی موتور امکان پذیر است. پراکسید هیدروژن به پیش محفظه (حجم کوچکی که با محفظه احتراق اصلی ارتباط دارد) وارد می شود، جایی که تحت تأثیر یک کاتالیزور واقع در اینجا تجزیه می شود. محصولات تجزیه گازی داغ پراکسید هیدروژن وارد محفظه احتراق اصلی موتور می شوند. پس از ایجاد فشار لازم در محفظه احتراق برای احتراق عادی سوخت، یک جزء قابل احتراق به داخل آن وارد می شود.

به عنوان کاتالیزور پلیمریزاسیون، بیشتر از ترکیبات پراکسید محلول در آب استفاده می شود که در طی تجزیه رادیکال های آزاد ایجاد می کنند. چنین ترکیباتی عبارتند از پراکسید هیدروژن، پراکسید پتاسیم، پرسولفات ها و پربورات ها. ترکیب پراکسید محلول در مونومر، بنزوئیل پراکسید است. همچنین مشخص شد که دیازوآمینو بنزن به طور فعال بوتادین را پلیمریزه می کند. آمین های سوم محلول در حداقل یکی از اجزای قابل پلیمریزاسیون به عنوان کاتالیزور واکنش استفاده می شوند.

فرمالدئید هیدروژن پراکسید پلیمر P a 3 J محصولات تجزیه ترکیب کلات کادمیوم یا روی در محیط آلکیلید دی استات، 10 تا 80 درجه سانتیگراد 1 0 با کاتالیزور مشابه

کاتالیزور را می توان هم به صورت محلول آبی که از طریق یک نازل به داخل محفظه تجزیه به طور همزمان با پراکسید هیدروژن تزریق می شود و هم به صورت جامد استفاده کرد. در مورد دوم، یک نازل سرامیکی با یک کاتالیزور آغشته می شود که روی آن پراکسید هیدروژن پاشیده شده می افتد. 1 کیلوگرم کاتالیزور جامد می تواند تا 2000 کیلوگرم پراکسید هیدروژن 80 درصد را تجزیه کند.

پراکسید هیدروژن یک عامل اکسید کننده خوب به خصوص در محلول های قلیایی است. پراکسید اضافی معمولاً با جوشاندن محلول قلیایی تجزیه می شود. تجزیه با معرفی کاتالیزورهایی مانند نمک های نیکل، یدید، پلاتین سیاه تسریع می شود. Shulek و Shchakach عامل اکسید کننده اضافی را با آب کلر حذف کردند و سیانید پتاسیم برای از بین بردن کلر اضافی وارد شد.

از این روش ها برای تهیه الاستومرهای متخلخل و ترموپلاستیک هایی استفاده می شود که تحت تأثیر محصولات تخریب قرار نگیرند. تعداد زیادی از مواد منفذ ساز استفاده می شود که رایج ترین آنها بی کربنات های سدیم و آمونیوم، نیترات آمونیوم، کربنات کلسیم، مشتقات دیازو و دی ایزوسیانات ها هستند. کربن فعال اشباع شده با گاز به عنوان عامل ایجاد منافذ پیشنهاد شده است در فرآیند Telely برای تولید لاستیک متخلخل، منبع گاز پراکسید هیدروژن است که با آزاد شدن اکسیژن تحت اثر کاتالیزور مخمر تجزیه می شود و به طور مساوی در سراسر توزیع می شود. جرم پلاستیک قبل از تکامل گاز رخ دهد.

در حال حاضر راه های مختلفی برای بدست آوردن اسید پراستیک برای اپوکسیداسیون ترکیبات غیراشباع مختلف وجود دارد. انتخاب روش بستگی به موقعیت مولکول پیوند دوگانه در حال اکسید شدن دارد. دو روش اصلی اپوکسیداسیون در صنعت وجود دارد. ابتدا پراکسید هیدروژن به مخلوطی از اسید استیک، یک ترکیب غیراشباع و یک کاتالیزور اسیدی اضافه می شود. اسید پراستیک تشکیل شده به عنوان یک محصول میانی، الفین را به ترکیبی حاوی گروه های اپوکسی اکسید می کند. در روشی دیگر، استالدئید با هوا در یک حلال مناسب به استالدهید مونوپراستات اکسید می شود که پس از تجزیه حرارتی اسید پراستیک تولید می شود. اسید استیک و استالدئید تشکیل شده به عنوان محصولات جانبی با تقطیر در خلاء حذف می شوند. از آنجا که اپوکسیداسیون اسید پراستیک را به اسید استیک تبدیل می کند، این فرآیند استالدئید را به عنوان یک محصول جانبی به اسید استیک تبدیل می کند.

رابطه بین کاتالیز همگن و ناهمگن فقط ضعیف مورد مطالعه قرار گرفته است، عمدتاً به این دلیل که عناصری که قادر به ایجاد هر دو نوع کاتالیز هستند در کل محدوده متغیرها (به عنوان مثال، pH و غلظت) که وضعیت را تعیین می کنند مورد مطالعه قرار نگرفته اند. کاتالیزور. به عنوان یک کاتالیزور، که در آن می توان انتقال از یک مکانیسم همگن به یک مکانیسم ناهمگن را مشاهده کرد، می توان آهن را نام برد. در محلول اسیدی، واکنش کاملاً همگن است. با این حال، اگر PH افزایش یابد، مواد کلوئیدی ظاهر می‌شوند و در همان زمان تغییری در سرعت ایجاد می‌شود (شکل 76 در صفحه 440 را ببینید). در pH حتی بالاتر، تشکیل یک رسوب ماکروسکوپی و همچنین سایر تغییرات جنبشی را می توان مشاهده کرد. سرعت کاتالیز همچنین می تواند تحت تأثیر تغییرات شکل فیزیکی (وجود تکیه گاه برای کاتالیزور، تف جوشی کاتالیزور یا تغییر در ساختار کریستالی) باشد. اگرچه PH که در آن یک ماده کلوئیدی شروع به ظاهر شدن می کند هنوز به طور کامل مشخص نشده است، اما شکی وجود ندارد که انتقال از تجزیه همگن به تجزیه ناهمگن با افزایش pH هیچ شکی ندارد. با این حال، هنوز ابهامات قابل توجهی در مورد ماهیت تغییر مکانیسم وجود دارد. در برخی موارد، هر دو نوع تجزیه را می توان از نظر کیفی با مکانیزم یکسان، مانند اکسیداسیون و کاهش چرخه ای توضیح داد. در عین حال، تشکیل یک کمپلکس یا رسوب یک کاتالیزور در حالت کلوئیدی یا جامد می تواند کسری t از کل مقدار کاتالیزور موجود را که قادر به شرکت واقعی در واکنش است تعیین کند و بنابراین بر سرعت مشاهده شده تأثیر بگذارد. از تجزیه چنین موردی از تشکیل کمپلکس در کاتالیز پلیمریزاسیون با عمل پراکسیدها رخ می دهد. در کاتالیز کاملا ناهمگن، سرعت مشاهده شده به درجه پراکندگی کاتالیزور جامد بستگی دارد، زیرا این پراکندگی اندازه سطح در تماس با محیط را تعیین می کند. برعکس، کاملاً ممکن است که در انتقال از یک سیستم همگن به یک سیستم ناهمگن، ماهیت واکنشی که پراکسید هیدروژن تحت آن قرار می گیرد نیز به شدت تغییر می کند، به عنوان مثال، مکانیسم یونی می تواند به یک رادیکال تبدیل شود. ممکن است با تغییر شرایط، یک درجه بندی نسبتاً خوب در انتقال از یک مکانیسم به مکانیسم دیگر وجود داشته باشد. هنگام روشن کردن تفاوت بین کاتالیز همگن و ناهمگن، همیشه باید تأثیر احتمالی جذب از محلول بر کاتالیز همگن را در نظر گرفت. بنابراین، نقره یک ظرفیتی که خاصیت کاتالیزوری در پراکندگی همگن ندارد، به راحتی توسط شیشه جذب می شود. در حالت جذب شده، می تواند خواص کاتالیزوری را در نتیجه کاهش واقعی به فلز یا فقط پلاریزاسیون به دست آورد. استفاده بعدی از سطح شیشه در تماس با محلول قلیایی تر نیز می تواند نقره جذب شده را فعال کند. این امر به ویژه در مورد سطح الکترود شیشه ای قابل توجه است.

تأثیر این عوامل بر سرب فلزی بسیار بارز است. اگر سرب صیقلی، بدون لایه اکسید، در پراکسید هیدروژن غوطه ور شود، فعالیت آن بسیار کم است. به تدریج رسوب سفید رنگی تشکیل می شود که پس از انباشته شدن به سرب قرمز تبدیل می شود و به دنبال آن فعالیت کاتالیزوری سریع تجلی می یابد. اگر سرب فلزی برای مدت کوتاهی در محلول پراکسید هیدروژن غوطه ور شود و بلافاصله خارج شود، مقدار کمی از مایع چسبیده به فلز برای مدت کوتاهی در حالت آرام باقی می ماند و پس از تشکیل فیلمی از سرب قرمز Pb304. روی فلز، در اثر تجزیه شدید به شدت از سطح جدا می شود. در این فرآیند انحلال سرب اتفاق می افتد که بدون شک با تخریب مشاهده شده انفعال سرب تحت اثر پراکسید هیدروژن همراه است، اما پراکسید بر رشد دندریت ها روی آن تأثیری ندارد. کاربرد عملی کاتالیزورهای سرب برای تجزیه پراکسید هیدروژن غلیظ در سیستم های مورد استفاده برای تولید برق شرح داده شده است.

تعیین اینکه آیا پراکسیدهای جدا شده از مخلوط واکنش، پراکسید هیدروژن هستند یا اینکه آیا آنها پراکسیدهای آلی هستند، مشکل است، تا اینکه اخیراً تلاش های کمی برای تعیین ساختار این پراکسیدها انجام شده است. نتیجه گیری در مورد ماهیت پراکسیدها را می توان بر اساس شواهد زیر به دست آورد: 1) ترکیب گاز و مایع تشکیل شده در طول تجزیه پراکسید (به عنوان مثال، پراکسید هیدروژن اکسیژن و آب می دهد؛ هیدروکسی آلکیل هیدروپراکسید، هنگامی که با قلیایی تجزیه می شود. ، هیدروژن و اسید می دهد؛ متیل هیدروپراکسید، هنگامی که توسط پلاتین سیاه تجزیه می شود، دی اکسید کربن می دهد) 2) واکنش های رنگی مختلف، به عنوان مثال، واکنش هایی با استفاده از نمک تیتانیوم، که برای پراکسید هیدروژن بسیار خاص در نظر گرفته می شود (به فصل 10 مراجعه کنید) 3) واکنش مشخصات با محلول اسیدی یدید پتاسیم (مثلاً متیل هیدروپراکسید، فقط در حضور آهن سولفات آهن به عنوان کاتالیزور واکنش می دهد، اما در حضور مولیبدات آمونیوم واکنش نمی دهد، علاوه بر این، سرعت اکسیداسیون ید به ید به طور قابل توجهی به ماهیت پراکسید بستگی دارد) 4) تشکیل پراکسیدهای معدنی نامحلول مانند پراکسید کلسیم یا پراکسوبورات سدیم با وارد کردن مواد افزودنی مناسب به محصول که وجود آن را ثابت می کند. پراکسید هیدروژن یا هیدروکسی آلکیل هیدروپراکسیدها 5) مقایسه طیف های جذب با این طیف ها برای پراکسیدهای شناخته شده 6) تعیین ضرایب توزیع با اتر 7) روش های جداسازی کروماتوگرافی 8) تعیین سرعت تجزیه حرارتی پراکسیدهای مختلف در دمای ناحیه واکنش و 9) روش های پلاروگرافی

در یک مورد خاص، زمانی که وجود نیترات در محلول پراکسید هیدروژن 30 درصد (از نظر وزن) مضر بود، عمدتاً با جذب روی کربن فعال با تجزیه نسبتاً کمی پراکسید از آن حذف شد. به عنوان یک روش آزمایشگاهی، همچنین پیشنهاد شده است که پراکسید هیدروژن را با اضافه کردن سریع، با هم زدن، ابتدا محلولی از کلرید آهن و سپس کربنات کلسیم و فیلتر کردن سریع مخلوط از طریق بوته گوچ، خالص کنید. افزودن بعدی اسید سولفوریک غلیظ رنگ زرد باقیمانده را از بین می برد و کلسیم را رسوب می دهد. دو ماده اضافه شده اول احتمالاً رسوبی از هیدروکسید آهن آبی (II) را تشکیل می دهند که با داشتن ظرفیت جذب بالا می تواند مقادیر کمی از ناخالصی ها را جذب کند. با این حال، ترکیبات آهن کاتالیزورهای تجزیه قدرتمندی هستند و حتی مقادیر کمی باقی مانده پس از درمان مذکور می تواند باعث تجزیه قابل توجهی شود. تصور اینکه این نوع تکنیک، همراه با معرفی آلودگی غیرقابل قبول، نسبت به روش بارش با هیدرات اکسید قلع مزیتی داشته باشد، دشوار است. در بهترین حالت، تجزیه قابل توجه پراکسید می تواند رخ دهد؛ در بدترین حالت، این فرآیند با خطر اضافه کردن مواد فعال کاتالیزوری به پراکسید همراه است، به خصوص اگر آنها در غلظت قابل توجهی وارد شوند. بنابراین، روش توصیف شده به هیچ وجه قابل توصیه نیست.

و سیفون را می توان از شرکت های مختلف تولید کننده پراکسید هیدروژن تهیه کرد و در اینجا به این موضوعات نمی پردازیم. مهمترین اقدامات احتیاطی عبارتند از: 1) اجتناب از تماس پراکسید با کاتالیزورهای فعال مانند مواد حاوی آهن، مس، منگنز و اکثر فلزات دیگر و همچنین گرد و غبار و ترکیبات قلیایی که می توانند باعث تجزیه سریع شوند. 2) اجتناب از تماس با مواد آلی. که می تواند مشتعل شود یا مخلوط های انفجاری با پراکسید هیدروژن غلیظ تشکیل دهد. اثرات فیزیولوژیکی پراکسید هیدروژن در صفحه 153 توضیح داده شده است. پراکسید با غلظت حدود 50 درصد وزنی یا کمتر معمولاً بلافاصله مواد قابل احتراق که تصادفاً ریخته شده است، مانند لباس، مشتعل نمی شود، اما اگر اجازه داده شود خشک شود، از آنجایی که آب راحت تر تبخیر می شود، غلظت پراکسید افزایش می یابد که گاهی اوقات منجر به خودسوزی می شود. مواد آلوده حاوی ناخالصی های کاتالیزوری یا سایر مواد قابل احتراق، مانند چوب یا لباس، به ویژه پشم، اغلب زمانی که در معرض پراکسید هیدروژن غلیظ قرار می گیرند، خود به خود مشتعل می شوند. در همه موارد، پراکسید ریخته شده باید با آب فراوان شسته شود.

در برخی از مراکز صنعتی، فرد باید با مشکل حذف فاضلاب حاوی پراکسید هیدروژن از طریق ریختن آن به بدنه های آبی مواجه شود. بنابراین، غلظت پراکسید هیدروژن بیش از 40 میلی گرم در لیتر بر روی بچه ماهی قزل آلا اثر سمی دارد، غلظت های پایین تر در یک دوره 48 ساعته کاملاً بی ضرر است. بهترین روش برای پاکسازی آب از پراکسید هیدروژن باقیمانده به ماهیت سایر مواد زائد موجود در آب بستگی دارد، بنابراین در حضور عوامل کاهنده (هیدرازین یا متیل الکل) به عنوان مثال در فاضلاب ایستگاه آزمایش موشک، مطلوب است که ابتدا باعث برهمکنش بین پراکسید و این مواد شود. از آنجایی که پراکسید هیدروژن به راحتی در یک محیط قلیایی و همچنین تحت تأثیر کاتالیزورهای مختلف فلزی تجزیه می شود، با توجه به یکی از روش های تصفیه پراکسید باقی مانده، پیشنهاد می شود آهک را به آب اضافه کنید تا PH را به 11 برساند و سپس نمک منگنز محلول مانند کلرید را معرفی کنید تا غلظت منگنز حدود 4 میلی گرم در لیتر باشد. در این pH ظاهراً منگنز به رسوب ریز هیدرات اکسید منگنز تبدیل می‌شود که کاتالیزور بسیار مؤثری است. مخلوط باید تا زمانی که پراکسید کاملاً تجزیه شود مخلوط شود و پس از ته نشین شدن رسوب، فاضلاب باید به مخزن تخلیه شود. لجن ته نشین شده احتمالاً قابل استفاده مجدد است.

البته اصل انتقال بار از اهمیت بالایی برخوردار است، اما این پدیده ها هنوز کاملاً واضح نیستند و در یک نظریه قابل اعتماد ثابت به هم مرتبط نیستند. به عنوان مثال، پراکسید باریم که تقریباً همه از یون ها ساخته شده است، پایدار است. آثار ذکر شده در زیر نشان می‌دهد که معرفی جانشین‌های اهداکننده الکترون به پراکسیدهای آسیل، تجزیه را تسریع می‌کند. ظاهراً، چنین مقایسه‌هایی فقط برای فرآیندهای مشابه معتبر است، یعنی برای شکستن پیوند یکسان در محیط یکسان به دلیل تنها یک فرآیند همگن یا ناهمگن که شامل معرف، آغازگر و دیکتالیست یکسان یا معادل است. بنابراین، اگر تجزیه همگن را در فاز گاز در نظر بگیریم، پراکسیدهای آلی ظاهراً پایدارتر از پراکسید هیدروژن هستند. در مقابل، مثال واکنش با یون آهن نشان می دهد که پراکسید هیدروژن واکنش پذیرترین پراکسیدهای مورد مطالعه است. به ویژه، باید بین حساسیت هر پراکسید به انفجار یا انفجار و سرعت واکنش آن در شرایط کاملاً تعریف شده تمایز قائل شد.                مبانی شیمی عمومی جلد 2 ویرایش 3 (1973) -- [

و منابع طبیعی

گروه شیمی و اکولوژی

مطالعه سرعت واکنش تجزیه

پراکسید هیدروژن در حضور یک کاتالیزور

روش گاز.

در رشته "شیمی فیزیک و کلوئیدی"

برای تخصص 060301.65 - داروسازی

ولیکی نووگورود

1 هدف کار………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

2 مفاد نظری اساسی…………………………………………………………………………………………………

4 بخش تجربی………………………………………………………

4.1 تجزیه پراکسید هیدروژن در حضور دی اکسید منگنز MnO2 ………..…………………………………………………………………………………………………

4.2 تجزیه پراکسید هیدروژن در حضور کاتالیزور در دمای T2 ................................. ...................................................... ............................ ................6

5 الزامات محتوای گزارش…………………………………………………..6

6 نمونه سوالات و وظایف کنترل…………………………………………………………

1 اهداف کار

1. ثابت سرعت، ترتیب واکنش، نیمه عمر در دمای T1 را تعیین کنید.

2. نموداری از وابستگی مقدار O2 آزاد شده به زمان بسازید، نیمه عمر را به صورت گرافیکی تعیین کنید.

3. انرژی فعال سازی واکنش را تعیین کنید، ضریب دمایی سرعت واکنش را محاسبه کنید.

2 مفاد نظری اصلی

استفاده از پراکسید هیدروژن در بسیاری از فرآیندهای تکنولوژیکی، پزشکی و کشاورزی بر اساس خواص اکسید کننده آن است. فرآیند تجزیه H2O2 در محلول های آبی به طور خود به خود ادامه می یابد و می توان آن را با معادله نشان داد:

H2O2®H2O +1/2 O2

این فرآیند را می توان با یک کاتالیزور تسریع کرد. اینها می توانند آنیون ها و کاتیون ها مانند CuSO4 (کاتالیز همگن) باشند. کاتالیزورهای جامد (زغال سنگ، فلزات، نمک ها و اکسیدهای فلزی) نیز اثر تسریع کنندگی بر تجزیه H2O2 دارند. سیر یک واکنش کاتالیزوری ناهمگن تجزیه H2O2 تحت تأثیر pH محیط، وضعیت سطح و سموم کاتالیزوری، به عنوان مثال، C2H5OH، CO، HCN، H2S است.

در سلول های گیاهان، حیوانات و انسان ها نیز تجزیه کاتالیستی پراکسید هیدروژن انجام می شود. این فرآیند تحت تأثیر آنزیم‌های کاتالاز و پراکسیداز انجام می‌شود که بر خلاف کاتالیزورهای غیربیولوژیکی، دارای فعالیت کاتالیزوری و ویژگی عمل فوق‌العاده بالایی هستند.

تجزیه H2O2 با آزاد شدن O2 همراه است. حجم اکسیژن آزاد شده متناسب با مقدار پراکسید هیدروژن تجزیه شده است. این مقاله از روش گازسنجی استفاده می کند.

3 الزامات ایمنی

هنگام انجام این کار آزمایشگاهی رعایت قوانین کلی کار در آزمایشگاه شیمی الزامی است.

4 تجربی

4.1 تجزیه پراکسید هیدروژن در حضور دی اکسید منگنزMNO2 .

قبل از شروع آزمایش، لازم است یک کاتالیزور تهیه کنید: یک تکه کوچک از یک میله شیشه ای را با چسب BF یا خمیر نشاسته چرب کنید. لازم است فقط انتهای آن را با چسب چرب کنید، روی شیشه ساعت کمی پودر MnO2 بریزید، انتهای چوب را به پودر بزنید تا مقدار کمی از MnO2 روی شیشه باقی بماند. چسب را برای چند دقیقه (1-2 دقیقه) خشک کنید. فشار داخل سیستم برای جمع آوری H2O2 باید به فشار اتمسفر برسد: درب لوله واکنش را باز کنید، از یک بطری متعادل کننده برای تنظیم سطح آب در بورت روی صفر استفاده کنید.

طرح دستگاه برای اندازه گیری سرعت تجزیه H2O2 در شکل 1 نشان داده شده است.

اب

لوله آزمایش با H2O2

Gif" width="10">.gif" width="10"> کاتالیزور

شکل 1 - ابزاری برای مطالعه سینتیک تجزیه H2O2.

2 میلی لیتر از محلول 3 درصد H2O2 با پیپت یا سیلندر اندازه گیری اندازه گیری می شود، در لوله آزمایش 1 ریخته می شود. اگر آزمایش در دمای اتاق انجام شود، کرونومتر، جدولی برای ثبت داده های آزمایشی آماده کنید، کاتالیزور اعمال شده را بر روی آن غوطه ور کنید. یک تکه میله شیشه ای داخل لوله آزمایش. ظرف واکنش را با یک درپوش ببندید. حجم اکسیژن آزاد شده ابتدا پس از 30 ثانیه ثبت می شود، سپس می توان فاصله را به 1 دقیقه افزایش داد.

با کاهش سطح مایع در بورت، بطری یکسان کننده پایین می آید تا سطح مایع در بورت و بطری تغییر نکند، اختلاف سطح حداقل است.

هنگامی که کاهش سطح مایع در سوراخ متوقف شود، واکنش کامل در نظر گرفته می شود.

اگر ظرف واکنش در یک لیوان آب داغ قرار گیرد، می توان حجم اکسیژن مربوط به تجزیه کامل H2O2 -V¥ را بدست آورد. پس از خنک شدن لوله تا دمای اتاق. پس از آن، حجم O2 مربوط به تجزیه کامل H2O2 تعیین می شود.

جدول - داده های تجربی

با فرض اینکه ترتیب واکنش اول است، ثابت سرعت واکنش از معادله جنبشی مرتبه اول محاسبه می شود:

بر اساس نتایج آزمایش، مقدار متوسط ​​ثابت سرعت واکنش محاسبه می شود.

نیمه عمر پراکسید هیدروژن از رابطه زیر محاسبه می شود:

t0.5 = 0.693/k با استفاده از ثابت نرخ متوسط.

ثابت سرعت و نیمه عمر را به صورت گرافیکی با استفاده از وابستگی Vt= f (t) و ln(V¥ - Vt) = f (t) تعیین کنید که در شکل 2 و شکل نشان داده شده است. 3. نتایج به دست آمده را با دو روش - تحلیلی و گرافیکی مقایسه کنید.

V¥https://pandia.ru/text/80/128/images/image032_11.gif" width="211" height="12">.gif" width="616" height="64">

t, min t, min

برنج. 2 – وابستگی Vt = f(t) شکل.3 – وابستگی ln(V¥ – Vt) = f(t)

4.2 تجزیه پراکسید هیدروژن در حضور کاتالیزور در دمای T2

آزمایش با قرار دادن ظرف واکنش در یک حمام آب یا یک لیوان آب در دمای T2 (طبق دستور معلم) تکرار می شود. داده ها در جدول وارد می شوند:

با دانستن ثابت های سرعت k1 و k2 در دو دمای مختلف، می توانیم انرژی فعال سازی Ea را با استفاده از معادله آرنیوس محاسبه کنیم:

Ea =

علاوه بر این، می توانید ضریب دما را با استفاده از قانون van't Hoff محاسبه کنید:

k2/k1 = γ ∆t/10

5 الزامات برای محتوای گزارش

گزارش باید حاوی:

1. هدف کار؛

2. نتایج اندازه گیری حجم اکسیژن آزاد شده در طی تجزیه پراکسید.

3. محاسبه ثابت سرعت واکنش و نیمه عمر (نیمه عمر) پراکسید هیدروژن.

4. نمودار وابستگی Vt = f(t) و نتایج تعیین گرافیکی نیمه عمر پراکسید هیدروژن.

5. نمودار وابستگی ln(V¥ – Vt) = f(t) برای تعیین ثابت سرعت واکنش.

6. نتایج اندازه گیری حجم اکسیژن آزاد شده در طی تجزیه پراکسید در دمای بالا و محاسبه ثابت سرعت واکنش.

7. محاسبه انرژی فعال سازی بر اساس معادله آرنیوس و محاسبه ضریب دمایی سرعت واکنش طبق قانون وانت هاف.

8. نتیجه گیری

6 نمونه سوال و سوال

1. ثابت سرعت واکنش به موارد زیر بستگی دارد:

الف) ماهیت معرف ها؛

ب) دما؛

ج) غلظت معرف ها.

د) زمان سپری شده از شروع واکنش.

2. ترتیب واکنش

الف) ارزش رسمی؛

ب) فقط به صورت تجربی تعیین می شود.

ج) می تواند به صورت نظری محاسبه شود.

د) برابر است با مجموع توان p + q، در معادله υ = k · CAp · CBq.

3. انرژی فعال شدن یک واکنش شیمیایی

الف) انرژی اضافی در مقایسه با انرژی متوسط ​​مولکول ها که برای فعال شدن برخورد بین مولکول ها لازم است.

ب) به ماهیت معرفها بستگی دارد.

ج) اندازه گیری شده در J/mol.

د) با وارد شدن کاتالیزور به سیستم افزایش می یابد.

4. نیمه عمر یک ایزوتوپ رادیواکتیو خاص 30 روز است. مدت زمانی را محاسبه کنید که پس از آن مقدار ایزوتوپ 10٪ از مقدار اولیه خواهد بود.

5. واکنش مرتبه اول در دمای معین به میزان 25% در 30 دقیقه ادامه می یابد. نیمه عمر ماده اولیه را محاسبه کنید.

6. اگر ضریب دمایی سرعت واکنش 3 باشد، با افزایش دما به میزان 40 کلوین، سرعت واکنش چند برابر افزایش می یابد؟

7. با افزایش دما به میزان 40K، سرعت یک واکنش معین 06/39 برابر افزایش یافت. ضریب دمایی سرعت واکنش را تعیین کنید.

پراکسید هیدروژن (پراکسید) یک مایع شربتی بی رنگ با چگالی است که در - سخت می شود. این یک ماده بسیار شکننده است که می تواند با انفجار به آب و اکسیژن تجزیه شود و مقدار زیادی گرما آزاد می شود:

محلول های آبی پراکسید هیدروژن پایدارتر هستند. آنها را می توان برای مدت طولانی در یک مکان خنک نگهداری کرد. پرهیدرول - محلولی که به فروش می رسد - حاوی. این، و همچنین در محلول های بسیار غلیظ پراکسید هیدروژن، حاوی مواد افزودنی تثبیت کننده است.

تجزیه پراکسید هیدروژن توسط کاتالیزورها تسریع می شود. به عنوان مثال، اگر کمی دی اکسید منگنز به محلول پراکسید هیدروژن ریخته شود، واکنش شدیدی رخ می دهد و اکسیژن آزاد می شود. کاتالیزورهایی که باعث تجزیه پراکسید هیدروژن می شوند عبارتند از مس، آهن، منگنز و همچنین یون های این فلزات. در حال حاضر آثاری از این فلزات می تواند باعث پوسیدگی شود.

پراکسید هیدروژن به عنوان یک محصول میانی در هنگام احتراق هیدروژن تشکیل می شود، اما به دلیل دمای بالای شعله هیدروژن، بلافاصله به آب و اکسیژن تجزیه می شود.

برنج. 108. طرح ساختار مولکول. زاویه نزدیک است، زاویه نزدیک است. طول پیوند: .

با این حال، اگر شعله هیدروژن به سمت یک تکه یخ هدایت شود، می توان آثاری از پراکسید هیدروژن را در آب حاصل یافت.

پراکسید هیدروژن نیز از اثر هیدروژن اتمی بر روی اکسیژن به دست می آید.

در صنعت، پراکسید هیدروژن عمدتاً با روش های الکتروشیمیایی به دست می آید، به عنوان مثال، اکسیداسیون آندی محلول های اسید سولفوریک یا هیدروسولفات آمونیوم، و به دنبال آن هیدرولیز اسید پراکسی سولفوریک حاصل (به بند 132 مراجعه کنید). فرآیندهای انجام شده در این مورد را می توان با یک نمودار نشان داد:

در پراکسید هیدروژن، اتم های هیدروژن به اتم های اکسیژن پیوند کووالانسی دارند که پیوند ساده ای نیز بین آن ها ایجاد می شود. ساختار پراکسید هیدروژن را می توان با فرمول ساختاری زیر بیان کرد: H-O-O-H.

مولکول ها قطبیت قابل توجهی دارند که نتیجه ساختار فضایی آنهاست (شکل 106).

در یک مولکول پراکسید هیدروژن، پیوندهای بین اتم های هیدروژن و اکسیژن قطبی هستند (به دلیل جابجایی الکترون های رایج به سمت اکسیژن). بنابراین، در یک محلول آبی، تحت تأثیر مولکول های آب قطبی، پراکسید هیدروژن می تواند یون های هیدروژن را جدا کند، یعنی دارای خواص اسیدی است. پراکسید هیدروژن یک اسید دوبازیک بسیار ضعیف در یک محلول آبی است که تجزیه می شود، البته به مقدار کمی، به یون ها:

تفکیک در مرحله دوم

عملا جریان ندارد. با وجود آب سرکوب می شود - ماده ای که تجزیه می شود و یون های هیدروژن را به میزان بیشتری از پراکسید هیدروژن تشکیل می دهد. با این حال، هنگامی که یون های هیدروژن متصل می شوند (به عنوان مثال، زمانی که قلیایی به یک محلول وارد می شود)، تجزیه در مرحله دوم رخ می دهد.

پراکسید هیدروژن مستقیماً با برخی از بازها واکنش داده و نمک تشکیل می دهد.

بنابراین، تحت تأثیر پراکسید هیدروژن بر روی محلول آبی هیدروکسید باریم، رسوبی از نمک باریم پراکسید هیدروژن رسوب می کند:

نمک های پراکسید هیدروژن را پراکسید یا پراکسید می نامند. آنها از یون های فلزی با بار مثبت و یون های دارای بار منفی تشکیل شده اند که ساختار الکترونیکی آنها را می توان با نمودار نشان داد:

درجه اکسیداسیون اکسیژن در پراکسید هیدروژن -1 است، یعنی مقدار متوسطی بین درجه اکسیداسیون اکسیژن در آب و اکسیژن مولکولی دارد (0). بنابراین، پراکسید هیدروژن دارای خواص یک عامل اکسید کننده و یک عامل کاهنده است، یعنی دوگانگی ردوکس را نشان می دهد. با این وجود، از آنجایی که پتانسیل استاندارد سیستم الکتروشیمیایی وجود دارد، خواص اکسید کننده بیشتر مشخصه آن است

که در آن به عنوان یک عامل اکسید کننده عمل می کند، 1.776 ولت است، در حالی که پتانسیل استاندارد سیستم الکتروشیمیایی

که در آن پراکسید هیدروژن یک عامل کاهنده است، 0.682 V است. به عبارت دیگر، پراکسید هیدروژن می تواند موادی را اکسید کند که از 1.776 V تجاوز نمی کنند و فقط مواردی را که بیش از 0.682 V هستند را احیا کند. طبق جدول. 18 (در صفحه 277) می بینید که گروه اول شامل مواد بسیار بیشتری است.

نمونه هایی از واکنش هایی که در آنها به عنوان یک عامل اکسید کننده عمل می کند، اکسیداسیون نیتریت پتاسیم است.

و جداسازی ید از یدید پتاسیم:

برای سفید کردن پارچه ها و خزها، در پزشکی (محلول 3٪ - یک ضد عفونی کننده)، در صنایع غذایی (برای نگهداری مواد غذایی)، در کشاورزی برای پانسمان دانه ها، و همچنین در تولید تعدادی از ترکیبات آلی استفاده می شود. پلیمرها، مواد متخلخل. به عنوان یک عامل اکسید کننده قوی، پراکسید هیدروژن در فناوری موشک استفاده می شود.

همچنین از پراکسید هیدروژن برای نوسازی تابلوهای رنگ روغن قدیمی استفاده می شود که به مرور زمان به دلیل تبدیل سرب سفید به سولفید سرب سیاه تحت تاثیر آثار سولفید هیدروژن در هوا تیره شده اند. هنگامی که چنین نقاشی هایی با پراکسید هیدروژن شسته می شوند، سولفید سرب به سولفات سرب سفید اکسید می شود:

O.S.ZAYTSEV

کتاب آموزشی شیمی

برای معلمان دوره متوسطه،
دانش‌آموزان دانشگاه‌های علوم تربیتی و دانش‌آموزان پایه نهم تا دهم،
تصمیم گرفتند خود را وقف شیمی و علوم طبیعی کنند

کتاب درسی تمرینات آزمایشگاهی داستانهای علمی برای خواندن

ادامه به شماره های 4-14، 16-28، 30-34، 37-44، 47، 48/2002 مراجعه کنید.
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 واکنش های ردوکس

(ادامه)

وظایف و سوالات

1. با استفاده از روش الکترون یون برای انتخاب ضرایب استوکیومتری، معادلات واکنش های ردوکس را بسازید که طبق طرح های زیر پیش می روند (فرمول آب نشان داده نشده است):

لطفا توجه داشته باشید که در بین ترکیبات مواد آلی وجود دارد! سعی کنید ضرایب را با استفاده از حالت های اکسیداسیون یا ظرفیت ها پیدا کنید.
2. هر دو معادله واکنش الکترود را انتخاب کنید:

یک معادله خلاصه از دو معادله نوشتاری فرآیندهای الکترود بسازید. عامل اکسید کننده و کاهنده را نام ببرید. emf واکنش را محاسبه کنید جیو ثابت تعادل در مورد جهت تغییر در تعادل این واکنش نتیجه گیری کنید.

اگر فراموش کردید چه کاری باید انجام دهید، آنچه در بالا گفته شد را به خاطر بسپارید. شما هر دو معادله را از این لیست بنویسید. به مقادیر پتانسیل الکترود آنها نگاه کنید و یکی از معادلات را در جهت مخالف بازنویسی کنید. چی، چرا و چرا؟به یاد داشته باشید که تعداد الکترون های داده شده و دریافتی باید برابر باشد، ضرایب را در عدد معینی ضرب کنید (کدام؟)و هر دو معادله را جمع کنید. پتانسیل های الکترود نیز خلاصه می شوند، اما شما آنها را در تعداد الکترون های درگیر در فرآیند ضرب نمی کنید. یک مقدار EMF مثبت نشان دهنده امکان واکنش است. برای محاسبه جیو ثابت های تعادل، مقدار EMF را که محاسبه کرده اید با فرمول هایی که قبلاً استخراج شده اند جایگزین کنید.

3. آیا محلول آبی پرمنگنات پتاسیم پایدار است؟ به روشی دیگر، این سوال را می توان به صورت زیر فرموله کرد: آیا یون پرمنگنات با آب واکنش می دهد و اکسیژن تشکیل می دهد اگر

4. اکسیداسیون توسط اکسیژن هوا در یک محلول آبی با این معادله توصیف می شود:

O 2 + 4H + + 4 ه\u003d 2H 2 O، E= 0.82 V.

تعیین کنید که آیا می توان مواد نوشته شده در سمت راست هر معادله کار 2 را با اکسیژن هوا اکسید کرد یا خیر. عوامل کاهنده در سمت راست این معادلات نوشته شده اند. معلم شماره معادله را به شما می دهد.

ممکن است انجام این کار برای شما دشوار باشد. این نقص اصلی شخصیت شما است - به نظر می رسد که این کار غیرممکن است و بلافاصله تلاش برای حل آن را رها می کنید، اگرچه تمام دانش لازم را دارید. در این صورت باید معادله واکنش بین یون های اکسیژن و هیدروژن و معادله مورد نظر خود را بنویسید. ببینید کدام یک از واکنش ها توانایی بیشتری برای اهدای الکترون دارد (پتانسیل آن باید منفی یا کمتر مثبت باشد)، معادله آن را در جهت مخالف بازنویسی کنید، علامت پتانسیل الکترود را به عکس تغییر دهید و آن را با یک معادله دیگر جمع کنید. یک مقدار EMF مثبت نشان می دهد که واکنش ممکن است.

5. معادله واکنش بین یون پرمنگنات و پراکسید هیدروژن H 2 O 2 را بنویسید. در واکنش، Mn 2 + و O 2 تشکیل می شود. چه شانسی گرفتی؟
و من معادله زیر را بدست آوردم:

7H 2 O 2 + 2 + 6H + = 2Mn 2+ + 6O 2 + 10H 2 O.

اگر اشتباهی انجام دادم پیدا کنید یا توضیح دهید که چرا ضرایب شما متفاوت است. این کار برای آزمایش نبوغ و دانش شما در مورد مواد سایر بخش های شیمی طراحی شده است.

واکنش یک یون پرمنگنات با پراکسید هیدروژن در محلول اسید (اسید سولفوریک) را می توان با چندین معادله با ضرایب مختلف نشان داد، به عنوان مثال:

5H 2 O 2 + 2 + 6H + = 2Mn 2+ + 5O 2 + 8H 2 O،

7H 2 O 2 + 2 + 6H + = 2Mn 2+ + 6O 2 + 10H 2 O،

9H 2 O 2 + 2 + 6H + = 2Mn 2+ + 7O 2 + 12H 2 O.

دلیل این امر را ذکر کنید و حداقل یک معادله دیگر برای واکنش یون پرمنگنات با پراکسید هیدروژن بنویسید.

اگر توانستید دلیل چنین پدیده عجیبی را توضیح دهید، دلیل امکان نوشتن معادلات زیر را توضیح دهید:

3H 2 O 2 + 2 + 6H + = 2Mn 2+ + 4O 2 + 6H 2 O،

H 2 O 2 + 2 + 6H + = 2Mn 2+ + 3O 2 + 4H 2 O.

آیا واکنش ها بر اساس این دو معادله انجام می شود؟

پاسخ.واکنش یون های پرمنگنات با پراکسید هیدروژن توسط یک واکنش تجزیه موازی پراکسید هیدروژن روی هم قرار می گیرد:

2H 2 O 2 \u003d O 2 + 2H 2 O.

می توانید معادله واکنش پایه را با تعداد نامتناهی از این معادله جمع کنید و معادلات زیادی با ضرایب استوکیومتری متفاوت بدست آورید.

6. این کار می تواند به عنوان موضوع یک مقاله یا گزارش عمل کند.

در مورد امکان عبور واکنش احیا یونهای Fe 3+ با پراکسید هیدروژن در محلول آبی بحث کنید:

2Fe 3+ + H 2 O 2 \u003d 2Fe 2 + + O 2 + 2H +.

emf واکنش را محاسبه کنید جیو ثابت تعادل، با استفاده از پتانسیل الکترود استاندارد:

بررسی وابستگی سرعت واکنش به غلظت اجزاء نشان داد که با افزایش غلظت Fe 3+ یا H 2 O 2 به صورت جداگانه، سرعت واکنش دو برابر می شود. معادله جنبشی واکنش چیست؟ نحوه تغییر سرعت واکنش با افزایش سه بار غلظت Fe 3+ یا H 2 O 2 را تعیین کنید. زمانی که محلول دو یا ده بار با آب رقیق شود، سرعت واکنش چگونه تغییر خواهد کرد.
مکانیسم واکنش زیر پیشنهاد شده است:

H 2 O 2 \u003d H + H + (سریع)،

Fe 3+ + H = Fe 2+ + HO 2 (کند)،

Fe 3 + + HO 2 = Fe 2 + + H + + O 2 (سریع).

ثابت کنید که این مکانیسم با وابستگی نرخ فوق به غلظت واکنش دهنده ها در تضاد نیست. مرحله محدود کننده چیست؟ مولکولی آن چیست و چه ترتیبی دارد؟ ترتیب کلی واکنش چگونه است؟ به وجود یون ها و مولکول های پیچیده ای مانند H و HO 2 توجه کنید و در هر واکنش دو یا حتی سه ذره تشکیل می شود. (چرا هیچ مرحله ای با تشکیل یک ذره وجود ندارد؟)

7. به روسی ترجمه کنید.

یک نوع واکنش مهم، واکنش انتقال الکترون است که به عنوان واکنش کاهش اکسیداسیون یا ردوکس نیز شناخته می شود. در چنین واکنشی به نظر می رسد که یک یا چند الکترون از یک اتم به اتم دیگر منتقل می شوند. اکسیداسیون کلمه‌ای است که در ابتدا به معنای ترکیب با گاز اکسیژن بود، اما واکنش‌های بسیار دیگری شبیه واکنش‌های با اکسیژن بود که در نهایت این اصطلاح برای اشاره به هر واکنشی که در آن ماده یا گونه‌ای الکترون از دست می‌دهد، گسترش یافت. کاهش یک الکترون افزایش است. به نظر می رسد که این اصطلاح ریشه در اصطلاحات متالورژی داشته باشد: کاهش یک سنگ معدن به فلز آن. کاهش درست برعکس اکسیداسیون است. اکسیداسیون نمی تواند بدون کاهش همراه با آن اتفاق بیفتد. یعنی الکترون ها را نمی توان از دست داد مگر اینکه چیز دیگری آنها را به دست آورد.

تحقیقات آزمایشگاهی

وظایفی که به شما پیشنهاد می شود، همانطور که قبلاً بود، مقالات تحقیقاتی کوتاهی هستند. واکنش‌هایی که نه تنها در شیمی بلکه در اکولوژی نیز مهم هستند برای آزمایش‌ها انتخاب شدند. لازم نیست تمام آزمایشات را کامل کنید - آنهایی را انتخاب کنید که مورد علاقه شما هستند. کار در گروه های کوچک (هر کدام 2-3 نفر) مطلوب است. این امر زمان آزمایش را کاهش می دهد، از اشتباهات جلوگیری می کند و از همه مهمتر به شما امکان می دهد در ارتباطات علمی شرکت کنید که گفتار علمی را توسعه می دهد.

1. خواص ردوکس پراکسید هیدروژن.

پراکسید هیدروژن H 2 O 2 مهمترین عامل اکسید کننده است که در زندگی روزمره، در فناوری، در تصفیه آب از آلاینده های آلی استفاده می شود. پراکسید هیدروژن یک عامل اکسید کننده سازگار با محیط زیست است، زیرا محصولات تجزیه آن - اکسیژن و آب - محیط زیست را آلوده نمی کند. نقش پراکسید هیدروژن و ترکیبات آلی پراکسید در فرآیندهای اکسیداسیون - کاهش بیولوژیکی شناخته شده است.
محلول های 3 تا 6 درصد پراکسید هیدروژن برای اهداف خانگی و آموزشی معمولاً از محلول 30 درصد با رقیق شدن با آب تهیه می شود. پراکسید هیدروژن در طول ذخیره سازی با آزاد شدن اکسیژن تجزیه می شود (در ظروف در بسته نگهداری نکنید!). هرچه غلظت پراکسید هیدروژن کمتر باشد، پایدارتر است. برای کاهش سرعت تجزیه، از افزودنی های فسفریک، اسیدهای سالیسیلیک و سایر مواد استفاده می شود. نمک‌های آهن، مس، منگنز و آنزیم کاتالاز تأثیر بسیار قوی بر پراکسید هیدروژن دارند.
محلول 3 درصد پراکسید هیدروژن در دارو برای شستن دهان و غرغره دهان و گلو درد استفاده می شود.
محلول پراکسید هیدروژن 30 درصد نامیده می شود پرهیدرول. پرهیدرول انفجاری نیست. پرهیدرول با قرار گرفتن بر روی پوست باعث سوختگی، سوزش، خارش و تاول می شود در حالی که پوست سفید می شود. ناحیه سوخته را باید به سرعت با آب شستشو داد. پرهیدرول در پزشکی برای درمان زخم های چرکی و درمان لثه های مبتلا به استوماتیت استفاده می شود. در زیبایی از آن برای از بین بردن لکه های پیری روی پوست صورت استفاده می شود. لکه های پراکسید هیدروژن روی لباس را نمی توان پاک کرد. از پراکسید هیدروژن در صنایع نساجی برای سفید کردن پشم و ابریشم و همچنین خز استفاده می شود.
تولید محلول های غلیظ (90-98٪) پراکسید هیدروژن به طور مداوم در حال رشد است. چنین محلول هایی را با افزودن سدیم پیروفسفات Na 4 P 2 O 7 در ظروف آلومینیومی نگهداری کنید. محلول های غلیظ ممکن است به صورت انفجاری تجزیه شوند. محلول غلیظ پراکسید هیدروژن روی یک کاتالیزور اکسیدی در دمای 700 درجه سانتیگراد به بخار آب و اکسیژن تجزیه می شود که به عنوان اکسید کننده سوخت در موتورهای جت عمل می کند.

پراکسید هیدروژن می تواند هم خاصیت اکسید کننده و هم خاصیت کاهنده را از خود نشان دهد.
نقش یک عامل اکسید کننده برای پراکسید هیدروژن معمولی تر است:

H 2 O 2 + 2H + + 2 ه\u003d 2H 2 O،

به عنوان مثال در واکنش:

2KI + H 2 O 2 + H 2 SO 4 \u003d I 2 + K 2 SO 4 + 2H 2 O.

پراکسید هیدروژن به عنوان یک عامل کاهنده:
1) در محیط اسیدی:

H 2 O 2 - 2 ه\u003d O 2 + 2H +;

2) در محیط پایه (قلیایی):

H 2 O 2 + 2OH - - 2 ه\u003d O 2 + 2H 2 O.

نمونه های واکنش:
1) در محیط اسیدی:

2KMnO 4 + 5H 2 O 2 + 3H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 5O 2 + 8H 2 O ;

2) در محیط اصلی:

2KMnO 4 + H 2 O 2 + 2KOH \u003d 2K 2 MnO 4 + O 2 + 2H 2 O

خواص اکسید کننده پراکسید هیدروژن در یک محیط اسیدی بارزتر است، در حالی که خواص احیا کننده در محیط قلیایی بارزتر است.

1a. تجزیه پراکسید هیدروژن.

2-3 میلی لیتر محلول پراکسید هیدروژن را در یک لوله آزمایش بریزید و محلول را در یک حمام آب گرم کنید. آزادسازی گاز باید آغاز شود. (چی؟)به طور تجربی ثابت کنید که این دقیقا همان گازی است که انتظار دریافت آن را داشتید.
یک دانه دی اکسید منگنز را با محلول پراکسید هیدروژن در لوله آزمایش دیگری بریزید. ثابت کنید که همان گاز آزاد می شود.
معادله تجزیه پراکسید هیدروژن و به طور جداگانه معادلات دریافت و برگشت الکترون را بنویسید. این چه نوع واکنش ردوکس است؟
EMF واکنش را محاسبه کنید اگر:

کدام یک از این دو واکنش توانایی بیشتری برای اهدای الکترون دارد و باید در جهت مخالف بازنویسی شود؟ از مقدار EMF واکنش، محاسبه کنید جیواکنش ها و ثابت تعادل

مقایسه نتایج با جیو ثابت تعادل بدست آمده از داده های ترمودینامیکی:

آیا محاسبات شما مطابقت داشت؟ اگر تفاوتی در نتایج وجود دارد، سعی کنید دلایل را بیابید.

1b. تشخیص پراکسید هیدروژن

به محلول رقیق شده و اسیدی شده با اسید سولفوریک (2-3 میلی لیتر) یدید پتاسیم، چند قطره محلول پراکسید هیدروژن اضافه کنید. محلول به رنگ زرد مایل به قهوه ای در می آید. هنگامی که چند قطره محلول نشاسته به آن اضافه می شود، رنگ مخلوط بلافاصله آبی می شود. معادله واکنش را بنویسید (مواد تشکیل شده که می دانید!).
EMF واکنش را محاسبه کنید تا مطمئن شوید که واکنش ممکن است (واکنش مورد نیاز خود را انتخاب کنید):

1c. سولفید سرب سیاه و پراکسید هیدروژن.

استادان قدیمی نقاشی های خود را با رنگ هایی که بر اساس رنگ سفید سربی تهیه شده بود، رنگ می کردند که شامل کربنات پایه سفید 2PbCO 3 Pb(OH) 2 بود. به مرور زمان سفید سرب سیاه می شود و رنگ های مبتنی بر آنها در اثر عمل سولفید هیدروژن تغییر رنگ داده و سولفید سرب سیاه PbS تشکیل می شود. اگر نقاشی به دقت با محلول پراکسید هیدروژن رقیق پاک شود، سولفید سرب به سولفات سرب سفید PbSO 4 تبدیل می شود و نقاشی تقریباً به طور کامل به ظاهر اولیه خود باز می گردد.

1-2 میلی لیتر از محلول 0.1 مولار نیترات سرب Pb (NO 3) 2 یا استات سرب Pb (CH 3 COO) 2 را در یک لوله آزمایش بریزید. (در داروخانه به عنوان لوسیون سرب فروخته می شود). مقداری محلول سولفید هیدروژن یا سولفید سدیم اضافه کنید. محلول را از رسوب سیاه به دست آمده تخلیه کرده و با محلول پراکسید هیدروژن روی آن عمل کنید. معادلات واکنش را بنویسید.
همه ترکیبات سرب سمی هستند!

1 گرم تهیه محلول پراکسید هیدروژن از هیدروپریت.

اگر نتوانستید محلول پراکسید هیدروژن را دریافت کنید، برای کارهای آزمایشگاهی می توانید از هیدروپریت استفاده کنید که قرص های آن را می توان در داروخانه خریداری کرد.

هیدروپریت ترکیب پیچیده ای از پراکسید هیدروژن با کاربامید (اوره) NH 2 CONH 2 H 2 O 2 است. هنگامی که در آب حل می شود، محلولی از پراکسید هیدروژن و کاربامید NH 2 CONH 2 به دست می آید. از محلول هیدروپریت به جای محلول پراکسید هیدروژن به عنوان ضد عفونی کننده و برای رنگ کردن مو استفاده می شود. برای شستشوی دهان و گلو، 1 قرص را در یک لیوان آب (محلول پراکسید هیدروژن 0.25 درصد) حل کنید. وزن یک قرص هیدروپریت 1.5 گرم و معادل 15 میلی لیتر است
(1 قاشق غذاخوری) محلول پراکسید هیدروژن 3٪.

محاسبه کنید که چند قرص هیدروپریت باید در 100 میلی لیتر آب حل شود تا محلول پراکسید هیدروژن تقریباً 1٪ بدست آید. چه حجمی از اکسیژن (N.O.) را می توان از یک قرص هیدروپریت به دست آورد؟
به طور تجربی تعیین کنید که چند میلی لیتر اکسیژن را می توان از یک قرص هیدروپریت به دست آورد. طرح دستگاه را پیشنهاد دهید و آن را مونتاژ کنید. حجم اکسیژن آزاد شده را به شرایط عادی برسانید. برای به دست آوردن نتایج محاسباتی دقیق تر، می توانید فشار بخار آب روی محلول را در نظر بگیرید که در دمای اتاق (20 درجه سانتیگراد) تقریباً 2300 Pa است.

هدف و اهداف 1. هدف: پی بردن به اینکه کدام محصولات حاوی کاتالیزورهایی هستند که تجزیه پراکسید هیدروژن را تسریع می‌کنند و کدام‌ها نه. 2. وظایف: o دریابید که کاتالیزور چیست o آزمایشی با پراکسید هیدروژن انجام دهید و دریابید که کدام محصولات کاتالیزور هستند. 1. هدف: پیدا کردن این که کدام محصولات حاوی کاتالیزورهایی هستند که تجزیه پراکسید هیدروژن را تسریع می کنند و کدام ها نه. 2. وظایف: o دریابید که کاتالیزور چیست o آزمایشی با پراکسید هیدروژن انجام دهید و دریابید که کدام محصولات کاتالیزور هستند.

کاتالیزورها چه محصولاتی هستند؟ 1. ما یک هماتوژن گرفتیم، پراکسید هیدروژن چکه کردیم و دیدیم که اکسیژن آزاد می شود، بنابراین. پراکسید هیدروژن تجزیه می شود. 2. غذاهای دیگری مانند گوشت خام، سیب زمینی خام، چغندر، نان، سیر، موز، کاکائو را نیز مصرف کردیم و متوجه شدیم که آنها نیز حاوی کاتالیزور هستند.

نتیجه گیری در طول کار، متوجه شدیم که محصولات حاوی کاتالیزور برای تجزیه پراکسید هیدروژن عبارتند از: هماتوژن، گوشت خام، سیب زمینی خام، چغندر، نان، سیر، موز، کاکائو. آنها عبارتند از: سیب، برگ چای، کلوچه، پرتقال / نارنگی، سوسیس، گوشت دودی، سس کچاپ، عسل، آب نبات شکلاتی. ما همچنین یاد گرفتیم که کاتالیزور چیست و چگونه این آزمایش را انجام دهیم.