Kemija i kemijska tehnologija
Članci Slike Tablice O web stranici RusskijKatalizatori razgradnje vodikovog peroksida
Razgradnja peroksidnih spojeva događa se u prisutnosti određenih metala (željezo, bakar, mangan, kobalt, krom) i njihovih soli, koje su katalizatori. Stoga su koncentrirani vodikov peroksid, peroctena kiselina i brojni drugi peroksidi sposobni eksplodirati u odsutnosti organskih tvari.Praktična primjena kao jednokomponentno gorivo pronašla je 80-90% vodikovog peroksida. Koristio se u raketi V-2 kao pomoćno gorivo za formiranje smjese naro-plina, uz pomoć koje se pokreću turbine pumpi koje opskrbljuju gorivom raketni motor. Razgradnja vodikovog peroksida provodi se pomoću krutih ili tekućih katalizatora.
Olovo je jedan od najaktivnijih heterogenih katalizatora. Objavljene su različite kvalitativne karakteristike ovog katalitičkog procesa, naime dvovalentno olovo u kiseloj otopini nema utjecaja na vodikov peroksid, a za njegovu razgradnju potreban mu je alkalni medij u kojem nastaje olovni dioksid. Kao rezultat proučavanja mehanizma ove katalize, zaključeno je da se ona može opisati kao redoks ciklus između dvovalentnog olova Pb(OH). a crveno olovo PbzO. Uvjeti visoke katalitičke aktivnosti nastaju kada su obje ove tvari prisutne kao čvrste faze u jako alkalnoj otopini, nastaju viši oksidi. Učinak različitih pH raspona može se okarakterizirati na sljedeći način. Olovni nitrat se otapa u vodikovom peroksidu da nastane bistre, stabilne otopine. Kada se doda lužina, stvara se bjelkastožuti talog i javlja se mala aktivnost. Daljnjim dodavanjem lužine talog postaje narančastocrven i počinje brza razgradnja peroksida. Kako se ispostavilo, količina lužine potrebna za postizanje ove točke obrnuto je proporcionalna količini otopljenog olova, a na ovoj pojavi još nije jasno utvrđen utjecaj starenja. Količina pirofosfata potrebna za završetak katalize približno je ekvivalentna onoj potrebnoj za stvaranje olovnog pirofosfata PbPO.Katalitička aktivnost dostiže vrhunac pri približno 0,2N. koncentracija lužine pri višoj koncentraciji, topljivost olova u obliku plumbita i plumbata raste, a katalitička aktivnost se smanjuje. Pokušalo se dokazati postojanje cikličkog oksidacijsko-redukcionog procesa korištenjem radioaktivnih tragova, ali je završio neuspjehom zbog činjenice da čak i u nedostatku vodikovog neoksida dolazi do izmjene dvovalentnog iona olova i olovnog dioksida u dušičnom kiseline (što odgovara literaturnim podacima) i između plumbata i plumbata u glavnoj otopini (što je u suprotnosti s objavljenim podacima
Učinak povećanja površine katalizatora na njegovu katalitičku aktivnost može se ilustrirati primjerom. Vodikov peroksid se može razgraditi na vodu i kisik. Katalizator ovog procesa je platina. Na glatko poliranoj površini platine reakcija raspadanja H2O2 gotovo se ne ubrzava. Na hrapavoj površini uočava se slabo oslobađanje kisika. Platina u prahu prilično brzo razgrađuje vodikov peroksid na platinastu crninu; proces je vrlo snažan, a dodavanje koloidne otopine platine dovodi do burne reakcije, ponekad praćene eksplozijom.
Spojevi olova su aktivni katalizatori razgradnje. Olovna oprema može se uspješno koristiti samo u uvjetima gdje su prisutni sulfati, uzrokujući stvaranje inertne prevlake olovnog sulfata. Olovo se u nekim slučajevima koristi u postrojenjima koja proizvode vodikov peroksid postupkom elektrolitičkog peroksodisulfata i u izbjeljivanju sirove vune u prisutnosti sulfata. Međutim, uporaba olova u kontaktu sa svim osim vrlo razrijeđenim otopinama peroksida može biti opasna i stoga je treba izbjegavati.
Prilikom skladištenja otopina vodikovog peroksida koriste se negativni katalizatori kako bi se spriječilo njegovo raspadanje. Kao takvi katalizatori, zvani stabilizatori, mogu se koristiti male količine fosforne kiseline, salicilne, mokraćne kiseline (npr. 1 g mokraćne kiseline dovoljan je za 30 litara koncentriranog peroksida) koje štite vodikov peroksid od razgradnje.
Čvrsti vodikov peroksid je neobično inertan. Na primjer, ako je ohlađeno 0,5 n. otopina permanganata, čestice hrđe ili drugi katalizatori i ne dopuštaju da se peroksid odmrzne, raspadanje se uopće ne opaža. Razgradnja počinje tek nakon topljenja.
Što je vodikov peroksid čišći, to se sporije razgrađuje tijekom skladištenja. Posebno aktivni katalizatori za razgradnju H2O2 su spojevi određenih metala (Cp, Fe, Mn i dr.), pa čak i njihovi tragovi koji se ne mogu izravno analitički odrediti primjetno djeluju. Da bi se ti metali vezali na vodikov peroksid kao stabilizator, često se dodaje malo (reda 1 10 000) natrijevog pirofosfata - N34P207.
Generator pare je komora u koju se nalazi katalizator. Vodikov peroksid se dovodi u komoru, gdje se razgrađuje na vodenu paru i kisik, a toplina se oslobađa. Tekući katalizator se također može koristiti za razgradnju vodikovog peroksida. U ovom slučaju, komora generatora pare i plina je komora za miješanje tekućeg katalizatora s vodikovim peroksidom i razgradnju potonjeg.
Kao izvor energije koriste se vrlo koncentrirane (80% i više) vodene otopine H2O2 i samostalno (koristeći katalizatore za brzu razgradnju H2O2 iz jedne litre tekućeg vodikovog peroksida, možete dobiti oko 5000 litara smjese kisika zagrijane na 700 °C s vodenom parom), te kao oksidant za mlazna goriva. Vodikov peroksid se također koristi kao oksidant u kemijskoj industriji, kao sirovina za proizvodnju mnogih peroksidnih spojeva, kao inicijator procesa polimerizacije i u proizvodnji nekih poroznih proizvoda. za umjetno starenje vina, bojanje kose, uklanjanje mrlja itd.
Vodikov peroksid se široko koristi za proizvodnju pare i plina za rad turbopumpne jedinice raketnog pogonskog sustava. S jedne strane, postavljaju se zahtjevi da gorivo koje osigurava rad HE ima dovoljno visoke energetske pokazatelje da osigura rad crpki uz minimalne troškove, s druge strane da ima relativno nisku temperaturu izgaranja. Najrasprostranjenije kao jednokomponentno gorivo za pogon turbopumpne jedinice je 80-85% vodikov peroksid. Kada se 80% vodikovog peroksida razgradi, dobiva se parni plin s temperaturom od 450-500 ° C. Osim peroksida, pri proizvodnji parnog plina troši se i katalizator. Za razgradnju jednog kilograma peroksida utroši se 0,05 kg tekućeg katalizatora, a to je 35% alkoholna otopina KaMnO4 (natrijev permanganat).
Matheson i Maas odredili su toplinu raspadanja 10-gramskih otopina vodikovog peroksida u adijabatskom kalorimetru. Kao katalizator razgradnje korišten je mangan dioksid. Prema tim autorima, razgradnja je naglo završila, a autori nisu uveli korekcije za preostali vodikov peroksid. Napravljena je korekcija za vodenu paru i izračunat je određeni dio vodenog ekvivalenta kalorimetra. Linearnom ekstrapolacijom topline razrjeđenja, na temelju prosjeka četiri određivanja (dva određivanja s 38,05% peroksida i dva s 97,15% peroksida), izračunava se toplina razgradnje bezvodnog vodikovog neoksida (-23,45 kcal/mol).
Reakcije razgradnje karakteristične su za komponente pogonskog goriva, koje su endotermne tvari. U pravilu se mogu dugo čuvati bez raspadanja na normalnim temperaturama, ali s porastom temperature ili pod utjecajem katalizatora počinje raspadanje koje se samoubrzava pod utjecajem oslobođene topline. Tako se hidrazin, zagrijan na 350°C, potpuno razgrađuje na dušik i amonijak, i to mnogo intenzivnije u prisutnosti oksida željeza, kroma, bakra i drugih katalizatora. Vodikov peroksid je karakteristična tvar koja se može razgraditi oslobađanjem topline. U svom čistom obliku prilično je stabilan i tek kada se zagrije iznad 140 °C počinje se razlagati na vodu i kisik uz oslobađanje topline. Apsolutno čisti H2O2 može se zagrijati do ključanja (151,4°C) i destilirati bez raspadanja, ali čak i najmanja ogrebotina na stijenkama posude u kojoj se zagrijava vodikov peroksid može uzrokovati njegovu razgradnju. Brzina razgradnje peroksida ovisi o njegovoj koncentraciji, pH vrijednosti, temperaturi, prirodi i količini nečistoća ili stabilizatora koji kataliziraju razgradnju, fizičkoj i kemijskoj prirodi površine posuda koje sadrže H2O2.
Elementarni ugljik ne ulazi u stehiometrijsku reakciju s vodikovim peroksidom, iako razgradnja do koje dolazi u ovom slučaju uzrokuje određenu promjenu površine ugljika. Roop i Schlee izvijestili su da vodikov peroksid oksidira karbonat u mravlju kiselinu i formaldehid, kasnije
Cink ima neobična svojstva da može funkcionirati i kao katalizator i kao stabilizator. Kao što je navedeno na stranici 451, cink u otopini 90% vodikovog peroksida ima stabilizirajući učinak. Uočeno je 1153] da to djelovanje slabi sa smanjenjem koncentracije vodikovog peroksida, i to u otopinama s udjelom ispod 40 mas. % vodikov peroksid cink već djeluje kao katalizator razgradnje. Ovo katalitičko djelovanje također je pronađeno u smjesama s drugim katalizatorima. Weiss 156] pokazao je da metalni cink razgrađuje vodikov peroksid s evolucijom vodika i kisika. Do sada nije predložen mehanizam koji bi objasnio ovo dvostruko djelovanje cinka. Utjecaj kadmija proučavan je samo u slabim otopinama, a ili mu se pripisuju slaba katalitička svojstva, ili se smatra potpuno neučinkovitim.
Nakon ekstrakcije, otopina antrahiona sadrži oko 0,1-0,3% vode, male količine vodikovog peroksida (koncentracija 0,17 g/kg navedena je kao tipična koncentracija), kao i razne oksidirane organske tvari, kao što su organske kiseline, aldehidi, ketoni, itd. e. Ovi spojevi mogu otrovati katalizator hidrogenacije nikla i stoga se moraju ukloniti prije recirkulacije. Prema njemačkom postupku radna otopina se suši vodenom otopinom kalijevog karbonata u koncentraciji 33% (težinski), ovom otopinom se također ekstrahira dio vodikovog peroksida. Organska tvar i tragovi vode uklanjaju se adsorpcijom na sloju gline. Preostali vodikov peroksid se podvrgava razgradnji na sloju nikl-srebrnog katalizatora, a ponekad se mala količina (oko 10%) reducirane otopine iz hidrogenatora dodaje povratnoj tekućini prije nego što se dovede u nosač s katalizatorom za bolje uklanjanje vodikovog peroksida i otopljenog kisika. U tom slučaju nastaje mala količina vode koja ostaje u radnoj otopini.
Kao jednokomponentno gorivo korišten je vodikov peroksid zajedno s vodenom otopinom kalcijevog ili natrijevog permanganata kao katalizatorom. Takvo gorivo korišteno je za zrakoplove Focke-Wulf i Henkel s potiskom motora od 300, 500 i 1000 kg i lansere za projektile zrakoplove.U tim se sustavima provodi katalitička razgradnja vodikovog peroksida uz istovremenu dovod H2O2 i koncentriranu otopinu. KaMnO2 u LRE komoru ili Ca(MnO 4)2. Reakcija počinje brzo s glatkim porastom tlaka do 50-70 kg/cm2 za 0,01-0,02 sec.
Parni plin za pogon turbine dobiva se ili iz posebne komponente koja nije sastavnica motornog goriva, ili iz komponenti na koje radi raketni motor. Vodikov peroksid se često koristi kao izvor pare. Da bi se dobio parni plin iz vodikovog peroksida, podvrgava se razgradnji u generatoru pare i plina uz pomoć katalizatora - tvari koje pospješuju razgradnju.
Pod djelovanjem kisika i vlage na mnoge metale nastaju male količine vodikovog peroksida, što je kvalitativno određeno kolorimetrijskom metodom, na primjer, s titanijevom soli, ili Russellovim učinkom. Taj se učinak temelji na činjenici da su fotografske ploče vrlo osjetljive na vrlo male količine vodikovog peroksida. Tako je Russell pokazao da brojne tvari, uključujući razne metale, posebno nakon svježeg poliranja površine, daju fotografske slike kada se drže blizu fotografske ploče u mraku. Dokazano je da je to zbog oslobađanja vodikovog peroksida. Vodikov peroksid jednom od navedenih metoda pronađen je tijekom oksidacije sljedećih metala: cink, olovo, kositar, srebro, živa, bakar, aluminij, kadmij, magnezij i željezo. Vjerojatno je da nastaje i tijekom oksidacije mnogih drugih metala. Vrlo ga je teško otkriti na metalima koji su aktivni katalizatori za razgradnju vodikovog peroksida, kao što su željezo, bakar i olovo. Očigledno, koncentracija vodikovog peroksida, koja nastaje tijekom autooksidacije metala, određena je relativnim brzinama reakcija nastajanja i raspadanja.Otkriće vodikovog peroksida od strane jednog ili drugog autora ovisi o osjetljivosti tehnike koju je koristio, tj. kao i o uvjetima pokusa. Veće koncentracije vodikovog peroksida nalaze se na površinama svježe mljevenog metala, a također (barem u slučaju aluminija) u slabo ili umjereno kiselim ili slabo alkalnim vodenim otopinama. U procesu oksidacije metal poprima negativan potencijal. Anodna polarizacija metala potiskuje stvaranje vodikovog peroksida, katodna polarizacija potiče tu formaciju. Nije moguće točno reći je li za nastanak vodikovog peroksida potrebna prisutnost i vode i kisika, ali je vrlo vjerojatno da je potrebna. U jednom eksperimentu, uzorak aluminija u suhom dušiku dao je blijedu fotografsku sliku, ali je vjerojatno adsorbirao kisik i vodu (ili samo vodu) iz zraka prije izlaganja inertnoj atmosferi.
Sposobnost razgradnje vodikovog peroksida u prisutnosti katalizatora omogućuje motorima koji rade na ovom oksidatoru da nemaju poseban uređaj za paljenje za pokretanje. Na vodikovom peroksidu moguće je takozvano toplinsko pokretanje motora. Vodikov peroksid se dovodi u predkomoru (mali volumen koji komunicira s glavnom komorom za izgaranje), gdje se razgrađuje pod utjecajem katalizatora koji se nalazi ovdje. Vrući plinoviti produkti razgradnje vodikovog peroksida ulaze u glavnu komoru za izgaranje motora. Nakon što se u komori za izgaranje stvori potreban tlak za normalno izgaranje goriva, u nju se dovodi zapaljiva komponenta.
Kao katalizatori polimerizacije najčešće se koriste peroksidni spojevi topljivi u vodi, koji pri razgradnji daju slobodne radikale. Takvi spojevi su vodikov peroksid, kalijev peroksid, persulfati i perborati. Peroksidni spoj topiv u monomeru je benzoil peroksid. Također je utvrđeno da diazoaminobenzen aktivno polimerizira butadien. Tercijarni amini topljivi u barem jednoj od komponenti koje se mogu polimerizirati koriste se kao katalizatori reakcije.
Formaldehid Vodikov peroksid Polimer P a 3 J Proizvodi razgradnje Spoj kelata kadmija ili cinka u mediju alkiliden diacetata, 10-80° C 10 s istim katalizatorom
Katalizator se može koristiti kako u obliku vodene otopine koja se ubrizgava kroz mlaznicu u komoru za razgradnju istovremeno s vodikovim peroksidom, tako iu čvrstom obliku. U potonjem slučaju, keramička mlaznica je impregnirana katalizatorom, na koji pada raspršeni vodikov peroksid. 1 kg krutog katalizatora može razgraditi do 2000 kg 80% vodikovog peroksida.
Vodikov peroksid je dobro oksidacijsko sredstvo, osobito u alkalnoj otopini. Višak peroksida obično se razgrađuje kuhanjem alkalne otopine. Razgradnja se ubrzava uvođenjem katalizatora, kao što su soli nikla, jodida, platinaste crne. Shulek i Shchakach uklonili su višak oksidacijskog sredstva s klorom vodom, a uveden je kalij cijanid kako bi se uništio višak klora.
Ove metode se koriste za pripremu poroznih elastomera i termoplasta na koje ne utječu proizvodi razgradnje. Koristi se veliki broj tvari za stvaranje pora, od kojih su najčešći natrijev i amonijev bikarbonati, amonijev nitrat, kalcijev karbonat, diazo derivati i diizocijanati. Aktivni ugljen zasićen plinom predložen je kao sredstvo za stvaranje pora. U Telely procesu za proizvodnju porozne gume izvor plina je vodikov peroksid koji se razgrađuje oslobađanjem kisika pod djelovanjem kvasca katalizatora. plastična masa prije nego što dođe do razvijanja plina.
Trenutno postoji nekoliko načina za dobivanje peroctene kiseline koja se koristi za epoksidaciju različitih nezasićenih spojeva. Izbor metode ovisi o položaju u molekuli dvostruke veze koja se oksidira. Postoje dvije glavne metode epoksidacije koje se koriste u industriji. Prvo se smjesi octene kiseline, nezasićenog spoja i kiselog katalizatora dodaje vodikov peroksid. Peroctena kiselina nastala kao međuprodukt oksidira olefin u spoj koji sadrži epoksi skupine. U drugoj metodi, acetaldehid se oksidira zrakom u prikladnom otapalu u acetaldehid monoperacetat, koji nakon termičke razgradnje daje peroctenu kiselinu. Octena kiselina i acetaldehid koji nastaju kao nusprodukti uklanjaju se destilacijom u vakuumu. Budući da se epoksidacijom peroctena kiselina pretvara u octenu kiselinu, proces pretvara acetaldehid u octenu kiselinu kao nusproizvod.
Odnos između homogene i heterogene katalize slabo je proučavan, uglavnom zato što elementi koji mogu dovesti do obje vrste katalize nisu proučavani u cijelom rasponu varijabli (na primjer, pH i koncentracija) koje određuju stanje katalize. katalizator. Kao katalizator, u kojem se može promatrati prijelaz iz homogenog mehanizma u heterogeni, može se nazvati željezo. U kiseloj otopini reakcija je čisto homogena. Međutim, ako se pH poveća, počinje se pojavljivati koloidni materijal i istovremeno dolazi do promjene brzine (vidi sl. 76 na stranici 440). Kod još većeg pH može se uočiti stvaranje makroskopskog precipitata, kao i druge kinetičke promjene. Na brzinu katalize također mogu utjecati promjene u fizičkom obliku (prisutnost nosača za katalizator, sinteriranje katalizatora ili promjena u kristalnoj strukturi). Iako pH na kojem se koloidna tvar počinje pojavljivati još nije u potpunosti određen, nema sumnje da postoji prijelaz iz homogene u heterogenu razgradnju s povećanjem pH. Međutim, još uvijek postoje značajne nesigurnosti oko prirode promjene mehanizma. U nekim slučajevima, obje vrste razgradnje mogu se kvalitativno objasniti istim mehanizmom, kao što je ciklička oksidacija i redukcija. Istodobno, stvaranje kompleksa ili taloženje katalizatora u koloidnom ili krutom stanju može odrediti t-frakciju ukupne količine prisutnog katalizatora koji je sposoban stvarno sudjelovati u reakciji i tako utjecati na opaženu brzinu raspadanja. Takav slučaj stvaranja kompleksa javlja se u katalizi polimerizacije djelovanjem peroksida. U čisto heterogenoj katalizi, promatrana brzina ovisi o stupnju disperzije čvrstog katalizatora, budući da ta disperzija određuje veličinu površine u kontaktu s medijem. Naprotiv, sasvim je moguće da se u prijelazu iz homogenog sustava u heterogeni, priroda reakcije kojoj vodikov peroksid također radikalno mijenja, na primjer, ionski mehanizam može se pretvoriti u radikalni. Moguće je da kako se uvjeti mijenjaju, postoji relativno fina gradacija u prijelazu s jednog mehanizma na drugi. Prilikom rasvjetljavanja razlika između homogene i heterogene katalize uvijek treba uzeti u obzir mogući učinak adsorpcije iz otopine na homogenu katalizu. Dakle, jednovalentno srebro, koje nema katalitička svojstva u homogenoj disperziji, lako se adsorbira staklom. U adsorbiranom stanju može steći katalitička svojstva kao rezultat ili istinske redukcije na metal, ili samo polarizacije. Naknadna uporaba staklene površine u dodiru s alkalnijom otopinom također može aktivirati adsorbirano srebro. To je posebno vidljivo u slučaju površine staklene elektrode.
Utjecaj ovih čimbenika na metalno olovo vrlo je izražen. Ako se polirano olovo, bez oksidnog filma, uroni u vodikov peroksid, tada se ispostavlja da je njegova aktivnost vrlo niska. Postupno se stvara bijeli talog, koji nakon nakupljanja prelazi u crveno olovo, nakon čega slijedi brza manifestacija katalitičke aktivnosti. Ako se metalno olovo nakratko uroni u otopinu vodikovog peroksida i odmah ukloni, tada mala količina tekućine koja je prianjala na metal ostaje kratko vrijeme u mirnom stanju, a zatim nakon stvaranja filma crvenog olova Pb304 na metalu se pod djelovanjem nasilnog raspadanja oštro odvaja od površine. U tom procesu dolazi do otapanja olova, što je nedvojbeno povezano s uočenim uništavanjem pasivnosti olova pod djelovanjem vodikovog peroksida, međutim peroksid ne utječe na rast dendrita na njemu. Opisana je praktična primjena olovnih katalizatora za razgradnju koncentriranog vodikovog peroksida u sustavima koji se koriste za proizvodnju električne energije.
Često je teško odrediti jesu li peroksidi izolirani iz reakcijske smjese vodikov peroksid ili su organski peroksidi, sve do nedavno je bilo malo pokušaja da se odredi struktura tih peroksida. Zaključci o prirodi peroksida mogu se izvući na temelju sljedećih dokaza: 1) sastav plina i tekućine koji nastaju tijekom razgradnje peroksida (na primjer, vodikov peroksid daje kisik i vodu; hidroksialkil hidroperoksid, kada se razloži alkalijom , daje vodik i kiselinu; metil hidroperoksid, kada se razgradi platinskom crnicom, daje ugljični dioksid) 2) razne reakcije u boji, na primjer, reakcije pomoću titanijeve soli, koja se smatra vrlo specifičnom za vodikov peroksid (vidi poglavlje 10) 3) reakcija karakteristike s kiselom otopinom kalijevog jodida (metil hidroperoksid, na primjer, reagira samo u prisutnosti sulfata fero željeza kao katalizatora, ali ne reagira u prisutnosti amonijevog molibdata, osim toga, brzina oksidacije jodida u jod bitno ovisi o prirodi peroksida) 4) stvaranje netopivih anorganskih peroksida, kao što su kalcijev peroksid ili natrijev peroksoborat, uz unošenje odgovarajućih aditiva u proizvod, što dokazuje prisutnost vodikov peroksid ili hidroksialkil hidroperoksidi 5) usporedba apsorpcijskih spektra s ovim spektrima za poznate perokside 6) određivanje koeficijenata raspodjele s eterom 7) metode kromatografskog odvajanja 8) određivanje brzine termičke razgradnje različitih peroksida na temperaturi reakcijske zone i 9) metode polarografije
U jednom konkretnom slučaju, kada se pokazalo da je prisutnost nitrata u 30% (težinski) otopini vodikovog peroksida štetna, on je iz nje uklonjen uglavnom adsorpcijom na aktivnom ugljenu uz relativno malo razgradnje peroksida. Kao laboratorijska metoda također se predlaže pročišćavanje vodikovog peroksida brzim dodavanjem, uz miješanje, prvo otopine željeznog klorida, a zatim kalcijevog karbonata, te brzim filtriranjem smjese kroz Gooch lončić. Naknadno dodavanje koncentrirane sumporne kiseline uklanja preostalu žutu boju i taloži kalcij. Prve dvije dodane tvari vjerojatno tvore talog vodene otopine željezovog hidroksida (II), koji, s visokim adsorpcijskim kapacitetom, može uhvatiti male količine nečistoća. Međutim, spojevi željeza su snažni katalizatori razgradnje, pa čak i male količine preostale nakon navedenog tretmana mogu uzrokovati značajnu razgradnju. Teško je zamisliti da ovakva tehnika, uz uvođenje neprihvatljive kontaminacije, ima ikakve prednosti u odnosu na metodu precipitacije s kositrovim oksid hidratom. U najboljem slučaju može doći do osjetne razgradnje peroksida, u najgorem slučaju, ovaj proces je povezan s opasnošću od dodavanja katalitički aktivnih tvari u peroksid, osobito ako se unose u zamjetnoj koncentraciji. Stoga se opisana metoda nikako ne može preporučiti.
A sifoni se mogu nabaviti od raznih tvrtki koje proizvode vodikov peroksid, a ovdje se ne zadržavamo na tim pitanjima. Najvažnije mjere opreza su 1) izbjegavanje kontakta peroksida s aktivnim katalizatorima, kao što su materijali koji sadrže željezo, bakar, mangan i većinu drugih metala, kao i prašinu i alkalne spojeve koji mogu uzrokovati brzu razgradnju 2) izbjegavati kontakt s organskim tvarima koji se mogu zapaliti ili stvoriti eksplozivne smjese s koncentriranim vodikovim peroksidom 3) uvijek osigurati odgovarajuću ventilaciju opreme u kojoj se može pohraniti vodikov peroksid ili privremeno 4) izbjegavati pretjerano visoke temperature. Fiziološki učinci vodikovog peroksida opisani su na stranici 153. Peroksid s koncentracijom od oko 50 tež.% ili manje obično ne zapali odmah slučajno proliveni zapaljivi materijal, kao što je odjeća, ali ako se pusti da se osuši, tada, budući da voda lakše isparava, povećava se koncentracija peroksida, što ponekad dovodi do samozapaljenja. Kontaminirani materijali koji sadrže katalitičke nečistoće ili druge zapaljive tvari, kao što su drvo ili odjeća, osobito vuna, često se spontano zapale kada su izloženi koncentriranom vodikovom peroksidu. U svim slučajevima prosuti peroksid treba isprati s puno vode.
U nekim se industrijskim centrima mora suočiti s poteškoćama eliminacije otpadne vode koja sadrži vodikov peroksid ispuštanjem u vodena tijela. Dakle, koncentracije vodikovog peroksida veće od 40 mg/l imaju toksični učinak na mlade pastrve, niže koncentracije su potpuno bezopasne tijekom 48 sati. Najbolja metoda za oslobađanje vode od zaostalog vodikovog peroksida ovisi o prirodi drugog otpada sadržanog u vodi pa je, u prisutnosti redukcijskih sredstava (hidrazin ili metil alkohola), na primjer u otpadnoj vodi iz raketne ispitne stanice, poželjno je prvo izazvati interakciju između peroksida i ovih tvari. Budući da se vodikov peroksid lako razgrađuje u alkalnom okruženju, kao i pod djelovanjem raznih metalnih katalizatora, prema jednoj od metoda za tretiranje zaostalog peroksida, predlaže se u vodu dodati vapno kako bi se pH doveo na 11, a zatim uvesti topljivu sol mangana, kao što je klorid, tako da koncentracija mangana bude oko 4 mg/l. Pri tom pH, mangan se očito pretvara u fini talog hidrata mangan oksida, koji je vrlo učinkovit katalizator. Smjesu treba miješati dok se peroksid potpuno ne razgradi i, nakon što se talog slegne, otpadnu vodu ispustiti u rezervoar. Taloženi mulj se vjerojatno može ponovno upotrijebiti.
Načelo prijenosa naboja je, naravno, od velike važnosti, ali ti fenomeni još nisu sasvim jasni i nisu povezani u dosljednu pouzdanu teoriju. Na primjer, barijev peroksid, gotovo sav izgrađen od iona, je stabilan. Dolje citirani radovi pokazuju da uvođenje supstituenata koji daju elektron u acil perokside ubrzava razgradnju. Očigledno, svaka takva usporedba vrijedi samo za slične procese, tj. za prekid iste veze u istom mediju samo zbog homogenog ili heterogenog procesa koji uključuje isti ili ekvivalentni reagens, inicijator i dikatalizator. Dakle, ako se uzme u obzir homogena razgradnja u plinskoj fazi, tada su organski peroksidi očito manje stabilni od vodikovog peroksida. Naprotiv, primjer reakcija s ionom željeza pokazuje da je vodikov peroksid najreaktivniji od svih proučavanih peroksida. Posebno treba razlikovati osjetljivost bilo kojeg peroksida na eksploziju ili detonaciju i brzinu kojom on reagira u strogo određenim uvjetima. Osnove opće kemije, svezak 2, izdanje 3 (1973.) -- [
I prirodni resursi
Zavod za kemiju i ekologiju
PROUČAVANJE BRZINE REAKCIJE RAZGRADNJE
VODIKOV PEROKSID U PRISUTNOSTI KATALIZATORA
PLINSKA METODA.
u disciplini "Fizikalna i koloidna kemija"
za specijalnost 060301.65 − Farmacija
Veliki Novgorod
1 Svrha rada…………………………………………………………………………………..3
2 Osnovne teorijske odredbe……………………………………………….3
4 Eksperimentalni dio…………………………………………………………………4
4.1 Razgradnja vodikovog peroksida u prisutnosti mangan dioksida MnO2 ………..……………………………………………………………………………….4
4.2 Razgradnja vodikovog peroksida u prisutnosti katalizatora na temperaturi T2 ................................ .............................. ................... ................................................6
5 Zahtjevi za sadržaj izvješća…………………………………………………………..6
6 Ogledna kontrolna pitanja i zadaci………………………………………………7
1 CILJEVI RADA
1. Odredite konstantu brzine, red reakcije, poluživot na temperaturi T1.
2. Konstruirati graf ovisnosti količine oslobođenog O2 o vremenu, grafički odrediti vrijeme poluraspada.
3. Odrediti energiju aktivacije reakcije, izračunati temperaturni koeficijent brzine reakcije.
2 GLAVNE TEORIJSKE ODREDBE
Upotreba vodikovog peroksida u mnogim tehnološkim procesima, medicini i poljoprivredi temelji se na njegovim oksidacijskim svojstvima. Proces razgradnje H2O2 u vodenim otopinama teče spontano i može se predstaviti jednadžbom:
H2O2®H2O +1/2 O2
Proces se može ubrzati katalizatorom. To mogu biti anioni i kationi, kao što je CuSO4 (homogena kataliza). Čvrsti katalizatori (ugljen, metali, soli i metalni oksidi) također imaju ubrzani učinak na razgradnju H2O2. Na tijek heterogene katalitičke reakcije razgradnje H2O2 utječu pH medija, stanje površine i katalitički otrovi, na primjer C2H5OH, CO, HCN, H2S.
U stanicama biljaka, životinja i ljudi također se provodi katalitička razgradnja vodikovog peroksida. Proces se odvija pod djelovanjem enzima katalaze i peroksidaze, koji za razliku od nebioloških katalizatora imaju iznimno visoku katalitičku aktivnost i specifičnost djelovanja.
Razgradnju H2O2 prati oslobađanje O2. Volumen oslobođenog kisika proporcionalan je količini razgrađenog vodikovog peroksida. U radu se koristi gasometrijska metoda.
3 SIGURNOSNI ZAHTJEVI
Prilikom izvođenja ovog laboratorijskog rada potrebno je pridržavati se općih pravila za rad u kemijskom laboratoriju.
4 EKSPERIMENTALNO
4.1 Razgradnja vodikovog peroksida u prisutnosti manganova dioksidaMNO2 .
Prije početka pokusa potrebno je pripremiti katalizator: podmazati mali komad staklene šipke BF ljepilom ili škrobnom pastom. Potrebno je samo kraj namazati ljepilom, na staklo sata sipati malo praha MnO2, kraj štapića dotaknuti prahom da na staklu ostane mala količina MnO2. Ljepilo Sušiti nekoliko minuta (1-2 min). Tlak unutar sustava za prikupljanje H2O2 mora se dovesti do atmosferskog tlaka: otvorite čep reakcijske cijevi, pomoću boce za balansiranje postavite razinu vode u bireti na nulu.
Shema uređaja za mjerenje brzine razgradnje H2O2 prikazana je na slici 1.
voda
 |
epruveta s H2O2
Gif" width="10">.gif" width="10"> katalizator
Slika 1 - Instrument za proučavanje kinetike razgradnje H2O2.
Pipetom ili mjernim cilindrom izmjeri se 2 ml 3% otopine H2O2, ulije u epruvetu 1. Ako se pokus provodi na sobnoj temperaturi, pripremiti štopericu, tablicu za bilježenje eksperimentalnih podataka, umočiti naneseni katalizator na komad staklene šipke u epruvetu. Reakcijsku posudu zatvoriti čepom. Volumen oslobođenog kisika prvo se bilježi nakon 30 s, zatim se interval može povećati na 1 min.
Kako se razina tekućine u bireti smanjuje, boca za izjednačavanje se spušta tako da se razina tekućine u bireti i boci ne mijenja, razlika u razini je minimalna.
Reakcija se smatra završenom kada razina tekućine u bireti prestane padati.
Volumen kisika koji odgovara potpunoj razgradnji H2O2 -V¥ može se dobiti ako se reakcijska posuda stavi u čašu vruće vode. Nakon hlađenja cijevi na sobnu temperaturu. Nakon toga se određuje volumen O2 koji odgovara potpunoj razgradnji H2O2.
Tablica - Eksperimentalni podaci
Uz pretpostavku da je red reakcije prvi, konstanta brzine reakcije izračunava se iz kinetičke jednadžbe prvog reda:
Na temelju rezultata pokusa izračunava se prosječna vrijednost konstante brzine reakcije.
Poluživot vodikovog peroksida izračunava se iz jednadžbe:
t0,5 = 0,693/k koristeći prosječnu konstantu brzine.
Grafički odredite konstantu brzine i vrijeme poluraspada, koristeći ovisnost Vt= f (t) i ln(V¥ - Vt) = f (t), koji su prikazani na sl. 2 i sl. 3. Usporedite rezultate dobivene dvjema metodama - analitičkom i grafičkom.
V¥https://pandia.ru/text/80/128/images/image032_11.gif" width="211" height="12">.gif" width="616" height="64">
t, min t, min
Riža. 2 – Ovisnost Vt = f(t) Slika 3 – Ovisnost ln(V¥ – Vt) = f(t)
4.2. Razgradnja vodikovog peroksida u prisutnosti katalizatora na temperaturi T2
Pokus se ponavlja stavljanjem reakcijske posude u vodenu kupelj ili čašu vode na temperaturu T2 (prema uputama učitelja). Podaci se unose u tablicu:
Poznavajući konstante brzine k1 i k2 na dvije različite temperature, možemo izračunati energiju aktivacije Ea koristeći Arrheniusovu jednadžbu:
Ea = 
Osim toga, možete izračunati temperaturni koeficijent koristeći van't Hoffovo pravilo:
k2/k1 = γ ∆t/10
5 ZAHTJEVI ZA SADRŽAJ IZVJEŠĆA
Izvješće mora sadržavati:
1. svrha djela;
2. rezultati mjerenja volumena kisika koji se oslobađa tijekom razgradnje peroksida;
3. izračun konstante brzine reakcije i poluraspada (poluživota) vodikovog peroksida;
4. graf ovisnosti Vt = f(t) i rezultati grafičkog određivanja vremena poluraspada vodikovog peroksida;
5. graf ovisnosti ln(V¥ – Vt) = f(t) za određivanje konstante brzine reakcije;
6. rezultate mjerenja volumena kisika koji se oslobađa tijekom razgradnje peroksida na povišenoj temperaturi i izračuna konstante brzine reakcije;
7. proračun energije aktivacije prema Arrheniusovoj jednadžbi i izračun temperaturnog koeficijenta brzine reakcije prema van't Hoffovom pravilu;
8. zaključci.
6 PRIMJERI PITANJA I PITANJA
1. Konstanta brzine reakcije ovisi o:
a) prirodu reagensa;
b) temperatura;
c) koncentracije reagensa;
d) vrijeme proteklo od početka reakcije.
2. Red reakcije
a) formalna vrijednost;
b) određuje se samo eksperimentalno;
c) može se teoretski izračunati;
d) jednak je zbroju eksponenata p + q, u jednadžbi υ = k · CAp · CBq.
3. Energija aktivacije kemijske reakcije
a) višak energije u usporedbi s prosječnom energijom molekula, nužan da bi sudar između molekula postao aktivan;
b) ovisi o prirodi reagensa;
c) mjereno u J/mol;
d) povećava se uvođenjem katalizatora u sustav.
4. Poluživot određenog radioaktivnog izotopa je 30 dana. Izračunajte vrijeme nakon kojeg će količina izotopa biti 10% izvorne.
5. Reakcija prvog reda pri određenoj temperaturi teče za 25% za 30 minuta. Izračunajte vrijeme poluraspada početnog materijala.
6. Koliko će se puta povećati brzina reakcije s porastom temperature za 40K, ako je temperaturni koeficijent brzine reakcije 3?
7. Povećanjem temperature za 40K brzina određene reakcije porasla je za 39,06 puta. Odredite temperaturni koeficijent brzine reakcije.
Vodikov peroksid (peroksid) je bezbojna sirupasta tekućina gustoće koja se stvrdne na -. Ovo je vrlo krhka tvar koja se eksplozijom može raspasti na vodu i kisik, a oslobađa se velika količina topline:
Vodene otopine vodikovog peroksida su stabilnije; na hladnom mjestu mogu se čuvati dosta dugo. Perhidrol - otopina koja ide u prodaju - sadrži. On, kao iu visoko koncentriranim otopinama vodikovog peroksida, sadrži stabilizirajuće aditive.
Katalizatori ubrzavaju razgradnju vodikovog peroksida. Ako se, na primjer, malo manganovog dioksida baci u otopinu vodikovog peroksida, tada dolazi do burne reakcije i oslobađa se kisik. Katalizatori koji potiču razgradnju vodikovog peroksida uključuju bakar, željezo, mangan, kao i ione ovih metala. Već tragovi ovih metala mogu uzrokovati propadanje.
Vodikov peroksid nastaje kao međuprodukt tijekom izgaranja vodika, ali se zbog visoke temperature vodikovog plamena odmah raspada na vodu i kisik.
Riža. 108. Shema strukture molekule. Kut je blizu , kut je blizu . Duljine veze: .
Međutim, ako se vodikov plamen usmjeri na komad leda, u nastaloj vodi mogu se naći tragovi vodikovog peroksida.
Vodikov peroksid se također dobiva djelovanjem atomskog vodika na kisik.
U industriji se vodikov peroksid dobiva uglavnom elektrokemijskim metodama, na primjer, anodnom oksidacijom otopina sumporne kiseline ili amonijevog hidrosulfata, nakon čega slijedi hidroliza dobivene peroksisulfurne kiseline (vidi § 132). Procesi koji se odvijaju u ovom slučaju mogu se prikazati dijagramom:
U vodikovom peroksidu atomi vodika su kovalentno vezani za atome kisika, između kojih se također javlja jednostavna veza. Struktura vodikovog peroksida može se izraziti sljedećom strukturnom formulom: H-O-O-H.
Molekule imaju značajan polaritet, što je posljedica njihove prostorne strukture (slika 106).
U molekuli vodikovog peroksida veze između atoma vodika i kisika su polarne (zbog pomaka zajedničkih elektrona prema kisiku). Dakle, u vodenoj otopini, pod utjecajem polarnih molekula vode, vodikov peroksid može odcijepiti vodikove ione, odnosno ima kisela svojstva. Vodikov peroksid je vrlo slaba dvobazna kiselina u vodenoj otopini; razgrađuje se, iako u maloj mjeri, na ione:
Disocijacija na drugom stupnju
praktički ne teče. On je potisnut prisutnošću vode – tvari koja se disocira i tvori vodikove ione u većoj mjeri nego vodikov peroksid. Međutim, kada su vodikovi ioni vezani (na primjer, kada se lužina unese u otopinu), dolazi do disocijacije u drugom stupnju.
Vodikov peroksid izravno reagira s nekim bazama stvarajući soli.
Dakle, pod djelovanjem vodikovog peroksida na vodenu otopinu barijevog hidroksida, taloži se talog barijeve soli vodikovog peroksida:
Soli vodikovog peroksida nazivaju se peroksidi ili peroksidi. Sastoje se od pozitivno nabijenih metalnih iona i negativno nabijenih iona, čija se elektronička struktura može prikazati dijagramom:
Stupanj oksidacije kisika u vodikovom peroksidu je -1, tj. ima srednju vrijednost između stupnja oksidacije kisika u vodi i molekularnog kisika (0). Prema tome, vodikov peroksid ima svojstva i oksidacijskog i redukcijskog agensa, tj. pokazuje redoks dualnost. Ipak, oksidacijska svojstva su karakterističnija za njega, budući da je standardni potencijal elektrokemijskog sustava
u kojem djeluje kao oksidant, iznosi 1,776 V, dok je standardni potencijal elektrokemijskog sustava
u kojoj je vodikov peroksid redukcijski agens, iznosi 0,682 V. Drugim riječima, vodikov peroksid može oksidirati tvari koje ne prelaze 1,776 V, a obnoviti samo one koje su veće od 0,682 V. Prema tablici. 18 (na stranici 277) možete vidjeti da prva skupina uključuje mnogo više tvari.
Primjeri reakcija u kojima služi kao oksidacijsko sredstvo su oksidacija kalijevog nitrita
i izolacija joda iz kalijevog jodida:
Koristi se za izbjeljivanje tkanina i krzna, koristi se u medicini (3% otopina - dezinficijens), u prehrambenoj industriji (za konzerviranje hrane), u poljoprivredi za dotjerivanje sjemena, kao i u proizvodnji niza organskih spojeva, polimeri, porozni materijali. Kao jako oksidacijsko sredstvo, vodikov peroksid se koristi u raketnoj tehnologiji.
Vodikovim peroksidom obnavljaju se i stare uljane slike koje su s vremenom potamnjele zbog pretvorbe bijelog olova u crni olovni sulfid pod utjecajem tragova sumporovodika u zraku. Kada se takve slike peru vodikovim peroksidom, olovni sulfid se oksidira u bijeli olovni sulfat:
O.S.ZAYTSEV
OBRAZOVNA KNJIGA IZ KEMIJE
ZA UČITELJE SREDNJE ŠKOLE,
STUDENTI PEDAGOŠKIH SVEUČILIŠTA I ŠKOLACI 9. – 10. RAZREDA,
ODLUČILI SE POSVETITI KEMIJI I PRIRODNOJ ZNANOSTI
UDŽBENIK ZADATAK LABORATORIJSKA PRAKSA ZNANSTVENE PRIČE ZA ČITANJE
Nastavak. Vidi broj 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 Redoks reakcije
(nastavak)
ZADACI I PITANJA
1. Koristeći elektron-ionsku metodu odabira stehiometrijskih koeficijenata, sastavite jednadžbe redoks reakcija koje se odvijaju prema sljedećim shemama (formula vode nije navedena):
Imajte na umu da među spojevima postoje organske tvari! Pokušajte pronaći koeficijente pomoću oksidacijskih stanja ili valencija.
2.
Odaberite bilo koje dvije jednadžbe elektrodnih reakcija:
Sastavite jednu zbirnu jednadžbu od dvije napisane jednadžbe elektrodnih procesa. Navedite oksidacijsko sredstvo i redukcijsko sredstvo. Izračunajte emf reakcije, njezin G i konstanta ravnoteže. Donesite zaključak o smjeru pomaka u ravnoteži ove reakcije.
Ako ste zaboravili što učiniti, sjetite se što je gore rečeno. Napišite bilo koje dvije jednadžbe s ovog popisa. Pogledajte vrijednosti njihovih elektrodnih potencijala i prepišite jednu od jednadžbi u suprotnom smjeru. Što, zašto i zašto? Zapamtite da brojevi danih i primljenih elektrona moraju biti jednaki, pomnožite koeficijente s određenim brojem (koji?) i zbrojimo obje jednadžbe. Potencijali elektroda također se zbrajaju, ali ih ne množite s brojem elektrona uključenih u proces. Pozitivna vrijednost EMF-a ukazuje na mogućnost reakcije. Za izračun G i konstante ravnoteže, zamijenite EMF vrijednost koju ste izračunali u formule koje su prethodno izvedene.
3. Je li vodena otopina kalijevog permanganata stabilna? Na drugi način, pitanje se može formulirati na sljedeći način: hoće li permanganatni ion reagirati s vodom da nastane kisik ako
4. Oksidacija kisikom zraka u vodenoj otopini opisana je jednadžbom:
O2 + 4H + + 4 e\u003d 2H 2 O, E= 0,82 V.
Odredite je li moguće kisikom zraka oksidirati tvari zapisane na desnoj strani bilo koje jednadžbe zadatka 2. Redukcioni agensi su napisani na desnoj strani tih jednadžbi. Učitelj će vam dati broj jednadžbe.
Možda će vam ovaj zadatak biti teško izvršiti. To je glavna mana vašeg karaktera – čini vam se da je zadatak nemoguć, i odmah odustajete od pokušaja da ga riješite, iako imate sva potrebna znanja. U tom slučaju trebate napisati jednadžbu reakcije između iona kisika i vodika te jednadžbu koja vas zanima. Pogledajte koja od reakcija ima veću sposobnost doniranja elektrona (njen potencijal bi trebao biti više negativan ili manje pozitivan), prepišite njezinu jednadžbu u suprotnom smjeru, mijenjajući predznak potencijala elektrode u suprotan, i zbrojite ga s drugom jednadžbom. Pozitivna vrijednost EMF pokazat će da je reakcija moguća.
5.
Napišite jednadžbu za reakciju između permanganatnog iona i vodikovog peroksida H 2 O 2 . U reakciji nastaju Mn 2+ i O 2. Koje ste šanse dobili?
I dobio sam sljedeću jednadžbu:
7H 2 O 2 + 2 + 6H + = 2Mn 2+ + 6O 2 + 10H 2 O.
Pronađite pogrešku ako sam je napravio ili objasnite zašto se vaši koeficijenti razlikuju. Ovaj zadatak je osmišljen kako bi se provjerila vaša domišljatost i znanje o gradivu drugih odjeljaka kemije.
Reakcija permanganatnog iona s vodikovim peroksidom u kiseloj otopini (sumporna kiselina) može se prikazati s nekoliko jednadžbi s različitim koeficijentima, na primjer:
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.
Navedite razlog tome i napišite još barem jednu jednadžbu za reakciju permanganatnog iona s vodikovim peroksidom.
Ako ste uspjeli objasniti razlog tako čudnog fenomena, objasnite razlog mogućnosti pisanja sljedećih jednadžbi:
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.
Mogu li se reakcije odvijati prema ove dvije jednadžbe?
Odgovor. Reakcija permanganatnih iona s vodikovim peroksidom nadograđuje se paralelnom reakcijom razgradnje vodikovog peroksida:
2H 2 O 2 \u003d O 2 + 2H 2 O.
Možete zbrojiti osnovnu jednadžbu reakcije s beskonačnim brojem ove jednadžbe i dobiti puno jednadžbi s različitim stehiometrijskim koeficijentima.
6. Ovaj zadatak može poslužiti kao tema eseja ili izvještaja.
Razmotrite mogućnost prolaska reakcije redukcije Fe 3+ iona s vodikovim peroksidom u vodenoj otopini:
2Fe 3+ + H 2 O 2 \u003d 2Fe 2+ + O 2 + 2H +.
Izračunajte emf reakcije, njezin G i konstantu ravnoteže, koristeći standardne potencijale elektrode:
Proučavanje ovisnosti brzine reakcije o koncentraciji komponenti pokazalo je da se povećanjem koncentracije pojedinačnog Fe 3+ ili H 2 O 2 brzina reakcije udvostručuje. Koja je kinetička jednadžba reakcije? Odredite kako će se brzina reakcije promijeniti s povećanjem koncentracije Fe 3+ ili H 2 O 2 tri puta. Predvidite kako će se promijeniti brzina reakcije kada se otopina razrijedi dva ili deset puta s vodom.
Predložen je sljedeći mehanizam reakcije:
H 2 O 2 \u003d H + H + (brzo),
Fe 3+ + H = Fe 2+ + HO 2 (spor),
Fe 3+ + HO 2 = Fe 2+ + H + + O 2 (brzo).
Dokažite da ovaj mehanizam ne proturječi gornjoj ovisnosti brzine o koncentraciji reaktanata. Što je granična faza? Koja je njegova molekularnost i koji je njegov redoslijed? Koji je opći redoslijed reakcije? Obratite pažnju na postojanje tako složenih iona i molekula kao što su H i HO 2 , te na činjenicu da u svakoj reakciji nastaju dvije ili čak tri čestice. (Zašto nema faza s formiranjem jedne čestice?)
7. Prevedi na ruski.
Važan tip reakcije je reakcija prijenosa elektrona, također poznata kao oksidacijsko-redukciona ili redoks reakcija. U takvoj reakciji čini se da se jedan ili više elektrona prenosi s jednog atoma na drugi. Oksidacija je riječ koja je izvorno značila kombinaciju s plinom kisika, ali toliko se drugih reakcija pokazalo da nalikuju reakcijama s kisikom da je pojam na kraju proširen da se odnosi na bilo koju reakciju u kojoj tvar ili vrsta gube elektrone. Redukcija je pojačanje elektrona. Čini se da pojam potječe iz metalurške terminologije: redukcija rude u metal. Redukcija je upravo suprotno od oksidacije. Oksidacija se ne može dogoditi bez njezine redukcije povezane s njom; to jest, elektroni se ne mogu izgubiti osim ako ih nešto drugo ne dobije.
LABORATORIJSKA ISTRAŽIVANJA
Zadaci koji vam se nude, kao i prije, su kratki istraživački radovi. Za pokuse su odabrane reakcije koje su važne ne samo u kemiji nego iu ekologiji. Nije potrebno dovršiti sve pokuse - odaberite one koji vas zanimaju. Poželjan je rad u malim grupama (po 2-3 osobe). To skraćuje vrijeme eksperimenta, izbjegava pogreške i, što je najvažnije, omogućuje sudjelovanje u znanstvenoj komunikaciji, koja razvija znanstveni govor.
1. Redox svojstva vodikovog peroksida.
Vodikov peroksid H 2 O 2 je najvažnije oksidacijsko sredstvo koje se koristi u svakodnevnom životu, u tehnici, u pročišćavanju vode od organskih zagađivača. Vodikov peroksid je ekološki prihvatljivo oksidacijsko sredstvo, jer njegovi produkti raspadanja – kisik i voda – ne zagađuju okoliš. Poznata je uloga vodikovog peroksida i peroksidnih organskih spojeva u procesima biološke oksidacije-redukcije.
3-6% otopine vodikovog peroksida za kućanske i obrazovne svrhe obično se pripremaju iz 30% otopine razrjeđivanjem s vodom. Vodikov peroksid se tijekom skladištenja razgrađuje uz oslobađanje kisika (ne čuvati u dobro zatvorenim posudama!). Što je niža koncentracija vodikovog peroksida, to je stabilniji. Za usporavanje razgradnje koriste se aditivi fosforne, salicilne kiseline i drugih tvari. Posebno snažno djeluju na vodikov peroksid soli željeza, bakra, mangana i enzima katalaze.
3% otopina vodikovog peroksida u medicini se koristi za ispiranje usta i grgljanje kod stomatitisa i upale grla.
30% otopina vodikovog peroksida naziva se perhidrol. Perhidrol nije eksplozivan. Dolaskom na kožu perhidrol izaziva opekline, pečenje, svrbež i stvaranje mjehura, a koža pobijeli. Opačeno područje treba brzo isprati vodom. Perhidrol se u medicini koristi za liječenje gnojnih rana i za liječenje zubnog mesa sa stomatitisom. U kozmetologiji se koristi za uklanjanje staračkih pjega na koži lica. Mrlje od vodikovog peroksida na odjeći ne mogu se ukloniti. Vodikov peroksid koristi se u tekstilnoj industriji za izbjeljivanje vune i svile, kao i krzna.
Proizvodnja koncentriranih (90-98%) otopina vodikovog peroksida stalno raste. Takve otopine čuvati u aluminijskim posudama s dodatkom natrijevog pirofosfata Na 4 P 2 O 7 . Koncentrirane otopine mogu se eksplozivno razgraditi. Koncentrirana otopina vodikovog peroksida na oksidnom katalizatoru razlaže se na 700 °C na vodenu paru i kisik, koji služi kao oksidant za gorivo u mlaznim motorima.
Vodikov peroksid može pokazivati i oksidirajuća i redukcijska svojstva.
Uloga oksidacijskog sredstva za vodikov peroksid je tipičnija:
H2O2 + 2H + + 2 e\u003d 2H 2 O,
na primjer u reakciji:
2KI + H 2 O 2 + H 2 SO 4 \u003d I 2 + K 2 SO 4 + 2H 2 O.
Vodikov peroksid kao redukcijsko sredstvo:
1) u kiseloj sredini:
H2O2-2 e\u003d O 2 + 2H +;
2) u osnovnom (alkalnom) mediju:
H2O2 + 2OH - - 2 e\u003d O 2 + 2H 2 O.
Primjeri reakcija:
1) u kiseloj sredini:
2KMnO 4 + 5H 2 O 2 + 3H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 5O 2 + 8H 2 O;
2) u glavnom okruženju:
2KMnO 4 + H 2 O 2 + 2KOH \u003d 2K 2 MnO 4 + O 2 + 2H 2 O
Oksidirajuća svojstva vodikovog peroksida su izraženija u kiseloj sredini, dok su redukcijska svojstva izraženija u alkalnoj.
1a. Razgradnja vodikovog peroksida.
U epruvetu ulijte 2-3 ml otopine vodikovog peroksida i zagrijte otopinu u vodenoj kupelji. Otpuštanje plina bi trebalo početi. (Što?) Eksperimentalno dokažite da je to upravo plin koji ste očekivali dobiti.
U drugu epruvetu s otopinom vodikovog peroksida ubacite zrno manganova dioksida. Dokažite da se isti plin oslobađa.
Napišite jednadžbu za razgradnju vodikovog peroksida i posebno jednadžbe za primanje i vraćanje elektrona. Koja je ovo vrsta redoks reakcije?
Izračunajte EMF reakcije ako:
Koja od ove dvije reakcije ima veću sposobnost doniranja elektrona i treba je prepisati u suprotnom smjeru? Iz vrijednosti EMF reakcije izračunajte G reakcije i konstanta ravnoteže.
Usporedite rezultate sa G i konstanta ravnoteže dobivena iz termodinamičkih podataka:
Jesu li se vaši izračuni poklopili? Ako postoji neka odstupanja u rezultatima, pokušajte pronaći razloge.
1b. Detekcija vodikovog peroksida.
U razrijeđenu i zakiseljenu otopinu kalijevog jodida (2-3 ml) sumpornom kiselinom dodajte nekoliko kapi otopine vodikovog peroksida. Otopina će postati žuto-smeđa. Kada mu se doda nekoliko kapi otopine škroba, boja smjese odmah postaje plava. Napišite jednadžbu reakcije (formirane tvari koje znate!).
Izračunajte EMF reakcije kako biste bili sigurni da je reakcija moguća (odaberite reakciju koja vam je potrebna):
1c. Crni olovni sulfid i vodikov peroksid.
Stari su majstori slikali svoje slike bojama pripremljenim na bazi olovne bijele boje, koja je uključivala bijeli bazični karbonat 2PbCO 3 Pb(OH) 2 . S vremenom olovna bijela postaje crna, a boje na njihovoj osnovi mijenjaju boju zbog djelovanja sumporovodika te nastaje crni olovni sulfid PbS. Ako se slika pažljivo obriše razrijeđenom otopinom vodikovog peroksida, olovni sulfid se pretvara u bijeli olovni sulfat PbSO 4 i slika gotovo u potpunosti vraća svoj izvorni izgled.
U epruvetu ulijte 1–2 ml 0,1M otopine olovnog nitrata Pb (NO 3) 2 ili olovnog acetata Pb (CH 3 COO) 2 (prodaje se u ljekarni kao olovni losion). Dodajte malo otopine sumporovodika ili natrijevog sulfida. Ocijedite otopinu iz nastalog crnog taloga i postupite na njega otopinom vodikovog peroksida. Napišite jednadžbe reakcija.
Svi spojevi olova su otrovni!
1g Priprema otopine vodikovog peroksida iz hidroperita.
Ako niste uspjeli dobiti otopinu vodikovog peroksida, tada za laboratorijski rad možete koristiti hidroperit, čije se tablete mogu kupiti u ljekarni.
Hidroperit je složeni spoj vodikovog peroksida s karbamidom (ureom) NH 2 CONH 2 H 2 O 2 . Otapanjem u vodi dobiva se otopina vodikovog peroksida i karbamida NH 2 CONH 2. Otopina hidroperita koristi se umjesto otopine vodikovog peroksida kao antiseptik i za bojanje kose. Za ispiranje usta i grla otopite 1 tabletu u čaši vode (0,25% otopine vodikovog peroksida). Jedna tableta hidroperita teži 1,5 g i odgovara 15 ml
(1 žlica) 3% otopina vodikovog peroksida.
Izračunajte koliko tableta hidroperita treba otopiti u 100 ml vode da se dobije približno 1% otopina vodikovog peroksida. Koliki se volumen kisika (N.O.) može dobiti iz jedne tablete hidroperita?
Empirijski odredite koliko se mililitara kisika može dobiti iz jedne tablete hidroperita. Predložite dizajn uređaja i sastavite ga. Dovedite volumen oslobođenog kisika u normalne uvjete. Da biste dobili točnije rezultate proračuna, možete uzeti u obzir tlak pare vode nad otopinom, koji na sobnoj temperaturi (20 ° C) iznosi približno 2300 Pa.
Svrha i ciljevi 1. Svrha: Saznati koji proizvodi sadrže katalizatore koji ubrzavaju razgradnju vodikovog peroksida, a koji ne. 2. Zadaci: o Saznajte što je katalizator o Provedite pokus s vodikovim peroksidom i saznajte koji su proizvodi katalizator. 1. Svrha: Saznati koji proizvodi sadrže katalizatore koji ubrzavaju razgradnju vodikovog peroksida, a koji ne. 2. Zadaci: o Saznajte što je katalizator o Provedite pokus s vodikovim peroksidom i saznajte koji su proizvodi katalizator.
Koji su proizvodi katalizatori? 1. Uzeli smo hematogen, nakapali vodikov peroksid i vidjeli da se oslobađa kisik, dakle. vodikov peroksid se razgrađuje. 2. Uzeli smo i druge namirnice, poput sirovog mesa, sirovog krumpira, cikle, kruha, češnjaka, banane, kakaa i otkrili da sadrže i katalizator.
Zaključak U radu smo saznali da su proizvodi koji sadrže katalizatore za razgradnju vodikovog peroksida: hematogen, sirovo meso, sirovi krumpir, cikla, kruh, češnjak, banana, kakao. Nisu: jabuka, lišće čaja, kolačići, naranča/mandarina, kobasica, dimljeno meso, kečap, med, čokoladni bomboni. Također smo naučili što je katalizator i kako provesti ovaj eksperiment.
