На основании каких свойств можно сделать вывод что пероксиды

На основании каких свойств можно сделать вывод что пероксиды thumbnail

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

Молекула пероксида водорода имеет следующее строение:

Структура молекулы пероксида водорода

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

Химические свойства[править | править код]

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

В присутствии катализаторов разложения в среде кислорода может появляться озон:

Однако очень чистый пероксид водорода вполне устойчив.

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

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

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

Окислительно-восстановительные свойства[править | править код]

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

При восстановлении Н2O2 образуется Н2O или ОН-, например:

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

например:

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

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

Биологические свойства[править | править код]

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

Получение[править | править код]

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

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

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

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

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

В лабораторных условиях для получения пероксида водорода используют реакцию:

Концентрирование и очистку пероксида водорода проводят осторожной перегонкой.

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

Применение[править | править код]

3 % раствор перекиси водорода

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

Читайте также:  Какая наука изучает свойства тел и явлений

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

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

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

Пероксид водорода применяется также для обесцвечивания волос[11].

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

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

3%-ный раствор пероксида водорода используется в аквариумистике для оживления задохнувшейся рыбы, а также для очистки аквариумов и борьбы с нежелательной флорой и фауной в аквариуме[12].

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

Перекись водорода используется в известном опыте, демонстрирующем многократное увеличение объёма вещества в результате химической реакции[13].

Формы выпуска[править | править код]

Выпускается в виде водных растворов, стандартная концентрация 1—6 %, 30, 38, 50, 60, 85, 90 и 98 %[источник не указан 292 дня]. 30 % водный раствор пероксида водорода, стабилизированный добавлением фосфатов натрия, называется пергидролем. Выпускаемый в виде таблеток твёрдого клатрата с мочевиной пероксид водорода называется гидроперитом.

Опасность применения[править | править код]

Кожа после попадания на неё концентрированного раствора перекиси водорода.

Несмотря на то, что пероксид водорода нетоксичен, его концентрированные растворы при попадании на кожу, слизистые оболочки и в дыхательные пути вызывают ожоги. В больших концентрациях недостаточно чистый пероксид водорода может быть взрывоопасен.
Опасен при приёме внутрь концентрированных растворов. Вызывает выраженные деструктивные изменения, сходные с действиями щелочей. Летальная доза 30%-го раствора пероксида водорода (пергидроля) — 50—100 мл[14].

Примечания[править | править код]

  1. 1 2 https://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0335.html
  2. ↑ H. Riedl and G. Pfleiderer, U.S. Patent 2,158,525 (2 October 1936 in USA, and 10 October 1935 in Germany) to I. G. Farbenindustrie, Germany

  3. Jose M. Campos-Martin, Gema Blanco-Brieva, Jose L. G. Fierro; Blanco-Brieva; Fierro. Hydrogen Peroxide Synthesis: An Outlook beyond the Anthraquinone Process (англ.) // Angewandte Chemie International Edition : journal. — 2006. — Vol. 45, no. 42. — P. 6962—6984. — doi:10.1002/anie.200503779. — PMID 17039551.

  4. Burgess, A. R.; Cullis, C. F.; Newitt, E. J. 365. The gaseous oxidation of isopropyl alcohol. Part 1. The influence of temperature, pressure, and mixture composition on the formation of hydrogen peroxide and other products (англ.) // Journal of the Chemical Society (англ.)русск. : journal. — Chemical Society, 1961. — 1 January (no. 0). — P. 1884—1893. — ISSN 0368-1769. — doi:10.1039/JR9610001884.
  5. Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. — 2-е изд. — М.:Высшая школа, 1988. — с. 304.
  6. ↑ Космонавтика, энциклопедия. М., 1985.
  7. O’Connor, Anahd. Really? The Claim: Hydrogen Peroxide Is a Good Treatment for Small Wounds, New York Times (19 июня 2007). Дата обращения 13 июля 2011.
  8. Carroll, Aaron E., Rachel C. Vreeman. Medical myths don’t die easily, CNN (12 июля 2011). Дата обращения 13 июля 2011.
  9. ↑ Joseph M. Ascenzi, Handbook of Disinfectant and Antiseptics, CRC Press, 1996, ISBN 0824795245, page 161.
  10. Wilgus T. A., Bergdall V. K., Dipietro L. A., Oberyszyn T. M. Hydrogen peroxide disrupts scarless fetal wound repair (неопр.) // Wound Repair Regen. — 2005. — Т. 13, № 5. — С. 513—519. — doi:10.1111/j.1067-1927.2005.00072.x. — PMID 16176460.
  11. ↑ Средства для осветления волос
  12. М. Бейли, П. Бергресс. Золотая книга аквариумиста. Полный справочник по уходу за пресноводными тропическими рыбами. — М.: Аквариум ЛТД, 2004.
  13. ↑ Elephant’s Toothpaste. University of Utah Chemistry Demonstrations. University of Utah. Дата обращения 21 марта 2014.
  14. ↑ Противопоказания к применению перекиси водорода в лечебных целях Архивная копия от 25 августа 2011 на Wayback Machine[неавторитетный источник?]
Читайте также:  Какие свойства называют амфотерными

Литература[править | править код]

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

Ссылки[править | править код]

  • NIST Chemistry WebBook

Источник

ПЕРОКСИД ВОДОРОДА

Пероксид водорода (тривиальное название — перекись водорода) — соединение состава $H_2O_2$, в котором присутствует пероксидная группа $(-O-O-)^{-2}$. Формально у каждого атома кислорода в этом соединении степень окисления -1, поэтому обычно степени окисления в молекуле расставляют следующим образом: $H_2^{+1}O_2^{-1}$.

 

Строение молекулы следующее:

На основании каких свойств можно сделать вывод что пероксиды

Вследствие своей несимметричности молекула является полярной, неограниченно растворяется в воде, спирте и эфире. Имеет высокую вязкость, так как способна образовывать развитую систему водородных связей.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА пероксида водорода

Пероксид водорода представляет собой почти бесцветную (бледно-голубую) вязкую жидкость. Чистый пероксид водорода крайне неустойчив, он обладает способностью к самопроизвольному разложению со взрывом. Неограниченно смешивается с водой, в продажу поступает в виде 30-40%-ного раствора, который называется «пергидроль». Для медицинского применения реализуется раствор с массовой долей пероксида водорода 3%.

В таблице представлены некоторые характеристики пероксида водорода:

$T_{плав}$−0,432 °C
$T_{кип}$150,2 °C
Плотность1,448 г/см$^3$
Цветнет
Запахспецифический
Вкус«металлический»

ПОЛУЧЕНИЕ пероксида водорода

В промышленности пероксид водорода изначально получали электролизом серной кислоты или раствора сульфата аммония в серной кислоте. В результате этого процесса образуется надсерная кислота $H_2S_2O_8$, гидролиз которой приводит к образованию пероксида и серной кислоты:

$H_2S_2O_8 + 2H_2O rightarrow H_2O_2 + 2H_2SO_4$

Впоследствии был разработан так называемый «антрахиноновый процесс»; в этом процессе формально идет окисление водорода кислородом воздуха с катализом алкилпроизводными антрахинона.

2-этилантрахинон растворяют в смеси эфира и углеводорода (или спирта и углеводорода) и восстанавливают водородом на катализаторе (никеле Ренея или палладии). В результате происходит образование хинола, массовое содержание пероксида водорода в смеси продуктов достигает порядка 1%. По окончании процесса катализатор отделяют, производят разделение продуктов. Хинол снова окисляют до 2-этилантрахинона, а $H_2O_2$ концентрируют перегонкой при пониженном давлении.

Пероксид водорода также может быть получен каталитическим окислением изопропилового спирта:

$(CH_3)_2CH-OH + O_2 rightarrow (CH_3)C=O + H_2O_2$

В лаборатории для получения пероксида водорода используют реакцию взаимодействия пероксида бария с соляной кислотой:

$BaO_2 + 2HCl rightarrow BaCl_2 + H_2O_2$

Образующийся хлорид бария осаждают в виде сульфата:

$Ba^{2+} + SO_4^{2-} rightarrow BaSO_4downarrow$

Часто в различных источниках можно обнаружить информацию о том, что получение пероксида водорода в лаборатории проводят путём обработки пероксида бария серной кислотой:

$BaO_2 + H_2SO_4 rightarrow BaSO_4downarrow + H_2O_2$

Однако на практике данный метод не используется. Причина состоит в том, что осадок сульфата бария образуется прямо на зёрнах пероксида бария, в результате реагент как бы покрывается «коркой» из нерастворимого продукта, что сильно замедляет реакцию и существенно снижает выход продукта.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА

а) Кислотно-основные свойства

Пероксид водорода проявляет слабые кислотные свойства ($K_a = 1.78 cdot 10^{-12}$) и диссоциирует по двум ступеням:

$H_2O_2 leftrightarrow H^+ + OOH^-$

$ OOH^- leftrightarrow H^+ + O_2^{2-}$

Пероксид водорода является чуть более сильной кислотой, чем вода. Пероксиды металлов и аммония можно рассматривать как «соли» этой слабой кислоты. В присутствии щёлочи кислотно-основное равновесие в растворе смещается в сторону образования гидропероксид-ионов $OOH^-$.

Так как в водных растворах $H_2O_2$ ведет себя как очень слабая кислота, реакцию взаимодействия, например, гидроксида бария с пероксидом водорода, приводящую к образованию пероксида бария $BaO_2$, можно рассматривать как реакцию нейтрализации:

Читайте также:  Какое свойство липидов лежит в основе энергетической функции гидрофобность

$Ba(OH)_2 + H_2O_2 = BaO_2 + 2H_2O$

б) Окислительно-восстановительные свойства

В окислительно-восстановительных реакциях пероксид водорода может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства, в зависимости от условий. Это связано с тем, что оба атома кислорода в молекуле $H_2O_2$ находятся в промежуточной степени окисления -1. Стоит отметить, однако, что наиболее характерными для пероксида водорода являются окислительные свойства. Восстановителем пероксид водорода может быть только в реакциях с сильными окислителями.

Принимая электрон на внешний уровень (выступая в качестве окислителя), кислород переходит в степень окисления -2:

$H_2O_2 + 2KI + H_2SO_4 = I_2 downarrow + K_2SO_4 + 2H_2O$

$H_2O_2 + Na_2SO_3 = Na_2SO_4 + H_2O$

$Mn(OH)_2 + H_2O_2 = MnO_2 + 2H_2O$

$PbS + 4H_2O_2 = PbSO_4 + 4H_2O$

$H_2O_2 + SO_2 = H_2SO_4$

$H_2O_2 + KNO_2 = KNO_3 + H_2O$

$H_2O_2 + 2HCl + 2FeCl_2 = 2H_2O + 2FeCl_3$

$H_2O_2 + 2HI = 2H_2O + I_2downarrow$

$3H_2O_2 + 10NaOH + 2CrCl_3 = 8H_2O + 6NaCl + 2Na_2CrO_4$

$5H_2O_2 + I_2 = 4H_2O + 2HIO_3$

$H_2O_2 + H_2SO_4 + 2FeSO_4 = 2H_2O + Fe_2(SO_4)_3$

$3H_2O_2 + 2KOH + 2K[Cr(OH)_4] = 8H_2O + 2K_2CrO_4$

$4H_2O_2 + H_2S = H_2SO_4 + 4H_2O$

$H_2O_2 + H_2SO_4 + Cu = CuSO_4 + 2H_2O$

$4H_2O_2 + ZnS = 4H_2O + ZnSO_4$

$3H_2O_2 + 2NH_3 = 6H_2O + N_2uparrow$

Отдавая электрон, $O^{-1}$ переходит в степень окисления 0, превращаясь в молекулярный кислород $O_2$ и проявляя восстановительные свойства, например:

$2KMnO_4 + 5H_2O_2 + 3H_2SO_4 = 5O_2 uparrow + 2MnSO_4 + K_2SO_4 + 8H_2O $

$Cl_2 + H_2O_2 + 2NaOH = 2NaCl + 2H_2O + O_2uparrow$

$2AgNO_3 + H_2O_2 = 2Ag + O_2uparrow + 2HNO_3$

$KIO_4 + H_2O_2 = KIO_3 + H_2O + O_2uparrow$

$3H_2O_2 + 6NaOH + 2AuCl_3 = 6H_2O + 3O_2uparrow + 6NaCl$

$5H_2O_2 + 2HIO_3 = 6H_2O + 5O_2uparrow + I_2downarrow$

$H_2O_2 + Fe = O_2uparrow + H_2Fe$

$3H_2O_2 + K_2Cr_2O_7 + 4H_2O = Cr_2(SO_4)_3 + K_2SO_4 + 3O_2uparrow + 7H_2O$

$H_2O_2 + Ag_2O = 2Agdownarrow + O_2uparrow + H_2O$

$2H_2O_2 +Ca(ClO)_2 = CaCl_2 + 2O_2uparrow + 2H_2O$

$H_2O_2 + 2KMnO_4 = 2MnO_2downarrow + 2O_2uparrow + 2KOH$

$H_2O_2 + 2AgNO_3 + 2NaOH = 2 NaNO_3 + 2Agdownarrow + O_2uparrow + 2H_2O$

$H_2O_2 + HClO = H_2O + HCl + O_2uparrow$

$H_2O_2 + Cl_2 = 2HCl + O_2uparrow$

Полезно сравнить потенциалы полуреакций с участием пероксида водорода в кислой и щелочной среде:

ОкислительВосстановитель
Полуреакция$E^circ$, ВПолуреакция$E^circ$, В
$H_2O_2 + 2H^+ + 2 bar{e} = 2H_2O$+1,776$O_2+ 2H^+ + 2bar{e} = H_2O_2$+0,695
$H_2O_2 + 2 bar{e} = 2OH^-$+0,88$O_2 + 2H_2O + 2bar{e} = H_2O_2 + 2OH^-$-0,146

Из приведённых в таблице данных можно сделать вывод о том, что как окислитель пероксид водорода сильнее в кислой среде, а как восстановитель — в щелочной.

УСЛОВИЯ ХРАНЕНИЯ

Пероксид водорода хранят вдали от солнечного света в закрытой тёмной посуде (преимущественно пластиковой) с добавлением ингибиторов разложения, при транспортировке избегают встряхиваний и других механических воздействий, поскольку все эти факторы приводят к разложению перекиси водорода.

МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ

Работая в лаборатории с концентрированным раствором пероксида водорода, соблюдайте меры предосторожности по работе с сильными окислителями. Перекись водорода при попадании на кожу и слизистые вызывает сильные ожоги. В высоких концентрациях недостаточно чистый пероксид водорода может быть взрывоопасен.

Реакция разложения пероксида водорода:

$2H_2O_2 xrightarrow []{kat} 2H_2O + O_2uparrow$

катализируется некоторыми металлами ($Pt, Ag$), диоксидом марганца $MnO_2$, добавлением следовых количеств щёлочи или пыли. Особую осторожность следует проявлять при работе с очень концентрированными растворами пероксида водорода или с чистым $H_2O_2$: все операции проводят в «беспылевых» условиях и в отсутствие ионов металлов.

ПРИМЕНЕНИЕ ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА

Пероксид водорода находит широкое применение во многих областях.

В промышленности его используют в качестве отбеливателя в текстильном и кожевенном производстве и при изготовлении бумаги, в качестве пенообразователя при производстве пористых материалов, в производстве дезинфицирующих и отбеливающих средств. Благодаря окислительным свойствам перекись водорода используется как ракетное топливо.

Применяется в аналитической химии и в катализе, а также для синтеза высокоэффективных отбеливающих агентов (пероксоборатов, пероксокарбонатов). В органическом синтезе пероксид водорода применяют для получения эпоксидов, пропиленоксида и капролактонов для стабилизаторов поливинилхлорида и полиуретанов. Органические пероксосоединения, применяемые в качестве вулканизаторов, отвердителей, инициаторов процессов полимеризации, также получают с использованием пероксида водорода. В качестве эффективного окислителя $H_2O_2$ выступает в синтезе особо чистых реактивов — гидрохинона, фармацевтических препаратов и пищевых продуктов.

Разбавленные растворы пероксида водорода применяются в медицине для обеззараживания небольших поверхностных ран, поскольку он обеспечивает очищение и обладает антисептическими свойствами. В пищевой промышленности он используется для дезинфекции технологических поверхностей оборудования и упаковки. Кроме того, его применяют для обесцвечивания волос, отбеливания зубов. 3%-ный раствор пероксида водорода используется в аквариумистике для оживления задохнувшихся рыб, очистки аквариумов от нежелательной флоры.

Источник