Ja luonnonvarat
Kemian ja ekologian laitos
TUTKIMUS HAJOAMISREAKTIOIDEN NOPEUTTA
VETYPEROKSIDI KATALyyTTIN LÄSTÖLLÄ
GASOMETRILLA MENETELMÄLLÄ.
tieteenalalla "Fysikaalinen ja kolloidinen kemia"
erikoisalalle 060301.65 − Apteekki
Veliki Novgorod
1 Työn tarkoitus………………………………………………………………………………..3
2 Teoreettiset perusperiaatteet…………………………………………….3
4 Kokeellinen osa……………………………………………………………4
4.1 Vetyperoksidin hajoaminen mangaanidioksidin MnO2 läsnä ollessa…………………………………………………………………………………………….4
4.2 Vetyperoksidin hajoaminen katalyytin läsnä ollessa lämpötilassa T2................................................. ................................................................ ................................................6
5 Raportin sisältöä koskevat vaatimukset…………………………………………………..6
6 Esimerkkitestin kysymykset ja tehtävät………………………………7
1 TYÖN TAVOITTEET
1. Määritä nopeusvakio, reaktiojärjestys, puoliintumisaika lämpötilassa T1.
2. Muodosta kaavio vapautuneen O2:n määrästä ajan funktiona ja määritä puoliintumisaika graafisesti.
3. Määritä reaktion aktivointienergia, laske reaktionopeuden lämpötilakerroin.
2 TEOREETTISET PERUSMÄÄRÄYKSET
Vetyperoksidin käyttö monissa teknologisissa prosesseissa, lääketieteessä ja maataloudessa perustuu sen hapettaviin ominaisuuksiin. H2O2:n hajoamisprosessi vesiliuoksissa tapahtuu spontaanisti ja se voidaan esittää yhtälöllä:
Н2О2®Н2О +1/2 О2
Prosessia voidaan nopeuttaa käyttämällä katalyyttiä. Nämä voivat olla anioneja ja kationeja, esimerkiksi CuSO4 (homogeeninen katalyysi). Kiinteillä katalyyteillä (hiili, metallit, suolat ja metallioksidit) on myös kiihdyttävä vaikutus H2O2:n hajoamiseen. H2O2:n hajoamisen heterogeenisen katalyyttisen reaktion kulkuun vaikuttavat väliaineen pH, pinnan tila ja katalyyttiset myrkyt, esimerkiksi C2H5OH, CO, HCN, H2S.
Kasvien, eläinten ja ihmisten soluissa tapahtuu myös vetyperoksidin katalyyttistä hajoamista. Prosessi suoritetaan katalaasi- ja peroksidaasientsyymien vaikutuksesta, joilla, toisin kuin ei-biologisilla katalyyteillä, on poikkeuksellisen korkea katalyyttinen aktiivisuus ja toiminnan spesifisyys.
H2O2:n hajoamiseen liittyy O2:n vapautumista. Vapautuneen hapen määrä on verrannollinen hajotetun vetyperoksidin määrään. Työssä käytetään gasometrista menetelmää.
3 TURVALLISUUSVAATIMUKSET
Tätä laboratoriotyötä suorittaessasi sinun on noudatettava kemian laboratorion työskentelyn yleisiä sääntöjä.
4 KOKEELLINEN OSA
4.1 Vetyperoksidin hajoaminen mangaanidioksidin läsnä ollessaMnO2 .
Ennen kokeen aloittamista on tarpeen valmistaa katalyytti: voitele pieni pala lasitankoa BF-liimalla tai tärkkelystahnalla. On tarpeen voidella vain pää liimalla, kaada hieman MnO2-jauhetta kellolasiin, koskettaa tikun päätä jauheeseen niin, että pieni määrä MnO2:ta jää lasille. Liimaa kuivataan useita minuutteja (1-2 minuuttia). H2O2:n keräysjärjestelmän sisällä oleva paine on saatettava ilmakehän paineeseen: avaa reaktioputken tulppa ja aseta byretin veden taso nollaan tasauspullolla.
H2O2:n hajoamisnopeuden mittauslaitteen kaavio on esitetty kuvassa 1.
vettä
 |
koeputki H2O2:lla
Gif" width="10">.gif" width="10"> katalyytti
Kuva 1 – Laite H2O2:n hajoamisen kinetiikan tutkimiseen.
Mittaa pipetillä tai mittasylinterillä 2 ml 3-prosenttista H2O2-liuosta ja kaada se koeputkeen 1. Jos koe suoritetaan huoneenlämpötilassa, valmistele sekuntikello ja taulukko koetietojen tallentamista varten Kasta katalyytti pala lasitankoa koeputkeen. Sulje reaktioastia tulpalla. Tallenna vapautuneen hapen määrä ensin 30 sekunnin kuluttua, jonka jälkeen väliä voidaan pidentää 1 minuuttiin.
Kun nestepinta byretissä laskee, tasauspulloa lasketaan niin, että nestepinta byretissä ja pullossa ei muutu, tasoero on minimaalinen.
Reaktion katsotaan päättyneen, kun nestepinta byretissä lakkaa laskemasta.
H2O2 –V¥:n täydellistä hajoamista vastaava happitilavuus saadaan, jos reaktioastia asetetaan lasilliseen kuumaa vettä. Kun koeputki on jäähdytetty huoneenlämpötilaan. Sitten määritetään O2:n tilavuus, joka vastaa H2O2:n täydellistä hajoamista.
Taulukko - Kokeelliset tiedot
Olettaen, että reaktio on ensimmäistä kertaluokkaa, reaktionopeusvakio lasketaan käyttämällä ensimmäisen kertaluvun kineettistä yhtälöä:
Kokeen tulosten perusteella lasketaan reaktionopeusvakion keskiarvo.
Vetyperoksidin puoliintumisaika lasketaan kaavalla:
t0,5 = 0,693/k käyttämällä nopeusvakion keskiarvoa.
Nopeusvakio ja puoliintumisaika määritetään graafisesti käyttämällä riippuvuutta Vt = f (t) ja ln(V¥ – Vt) = f (t), jotka on esitetty kuvassa 2 ja kuvassa. 3. Vertaa kahdella menetelmällä saatuja tuloksia - analyyttinen ja graafinen.
V¥https://pandia.ru/text/80/128/images/image032_11.gif" width="211" height="12">.gif" width="616" height="64">
t, minttu t, min
Riisi. 2 – Riippuvuus Vt = f(t) Kuva 3 – Riippuvuus ln(V¥ – Vt) = f(t)
4.2 Vetyperoksidin hajoaminen katalyytin läsnä ollessa lämpötilassa T2
Koe toistetaan asettamalla reaktioastia vesihauteeseen tai lasilliseen vettä lämpötilaan T2 (opettajan ohjeiden mukaan). Tiedot syötetään taulukkoon:
Kun tiedämme nopeusvakiot k1 ja k2 kahdessa eri lämpötilassa, voimme laskea aktivointienergian Ea Arrhenius-yhtälön avulla:
Ea = 
Lisäksi voit laskea lämpötilakertoimen Van't Hoffin säännön avulla:
k2/k1 = γ ∆t/10
5 RAPORTIN SISÄLTÖVAATIMUKSET
Raportin tulee sisältää:
1. teoksen tarkoitus;
2. tulokset peroksidin hajoamisen aikana vapautuneen hapen tilavuuden mittaamisesta;
3. vetyperoksidin reaktionopeusvakion ja puoliintumisajan (puolikonversion) laskeminen;
4. riippuvuuden Vt = f(t) kuvaaja ja vetyperoksidin puoliintumisajan graafisen määrityksen tulokset;
5. ln(V¥ – Vt) = f(t) käyrä reaktionopeusvakion määrittämiseksi;
6. Tulokset peroksidin hajoamisen aikana korkeissa lämpötiloissa vapautuneen hapen tilavuuden mittauksista ja reaktionopeusvakion laskemisesta;
7. aktivointienergian laskeminen Arrhenius-yhtälön avulla ja reaktionopeuden lämpötilakertoimen laskeminen van’t Hoff -sääntöä käyttäen;
8. johtopäätökset.
6 NÄYTTEESTIKYSYMYKSIÄ JA TEHTÄVÄT
1. Reaktionopeusvakio riippuu:
a) reagenssien luonne;
b) lämpötila;
c) reagenssien pitoisuudet;
d) reaktion alkamisesta kulunut aika.
2. Reaktiojärjestys
a) muodollinen arvo;
b) määritetty vain kokeellisesti;
c) voidaan laskea teoreettisesti;
d) on yhtä suuri kuin eksponentien p + q summa yhtälössä υ = k · CAp · CBq.
3. Kemiallisen reaktion aktivointienergia
a) ylimääräinen energia verrattuna molekyylien keskimääräiseen energiaan, joka tarvitaan molekyylien välisen törmäyksen aktivoitumiseen;
b) riippuu reagenssien luonteesta;
c) mitattuna J/mol;
d) kasvaa, kun katalyyttiä lisätään järjestelmään.
4. Tietyn radioaktiivisen isotoopin puoliintumisaika on 30 päivää. Laske aika, jonka jälkeen isotoopin määrä on 10 % alkuperäisestä.
5. Ensimmäisen asteen reaktio tietyssä lämpötilassa etenee 25 % 30 minuutissa. Laske lähtöaineen puoliintumisaika.
6. Kuinka monta kertaa reaktionopeus kasvaa, kun lämpötila nousee 40K, jos reaktionopeuden lämpötilakerroin on 3?
7. Kun lämpötila nousi 40 K, tietyn reaktion nopeus kasvoi 39,06 kertaa. Määritä reaktionopeuden lämpötilakerroin.
Tavoite ja tavoitteet 1. Tavoite: Selvitä, mitkä tuotteet sisältävät vetyperoksidin hajoamista nopeuttavia katalyyttejä ja mitkä eivät. 2. Tavoitteet: o Ota selvää, mikä katalyytti on o Suorita koe vetyperoksidilla ja selvitä mitkä tuotteet ovat katalyyttiä. 1. Tarkoitus: Selvitä, mitkä tuotteet sisältävät katalyyttejä, jotka nopeuttavat vetyperoksidin hajoamista ja mitkä eivät. 2. Tavoitteet: o Ota selvää, mikä katalyytti on o Suorita koe vetyperoksidilla ja selvitä mitkä tuotteet ovat katalyyttiä.
Mitkä tuotteet ovat katalyyttejä? 1. Otimme hematogeenin, tiputimme vetyperoksidia ja näin, että happea vapautui, siksi. vetyperoksidi hajoaa. 2. Otimme myös muita tuotteita, esimerkiksi raakaa lihaa, raakoja perunoita, punajuuria, leipää, valkosipulia, banaania, kaakaota ja huomasimme, että ne sisältävät myös katalyyttejä.
Johtopäätös Työmme aikana selvisimme, että vetyperoksidin hajottamiseen tarkoitettuja katalyyttejä sisältävät tuotteet ovat: hematogeeni, raaka liha, raa'at perunat, punajuuret, leipä, valkosipuli, banaani, kaakao. Ne eivät ole: omena, teelehdet, keksit, appelsiini/mandariini, makkara, savustettu liha, ketsuppi, hunaja, suklaamakeiset. Opimme myös mitä katalyytti on ja kuinka tämä koe suoritetaan.
Kemia ja kemian tekniikka
Artikkelit Piirustukset Taulukot Tietoja sivustosta EnglantiVetyperoksidin hajotuskatalyytit
Peroksidiyhdisteiden hajoaminen tapahtuu tiettyjen metallien (rauta, kupari, mangaani, koboltti, kromi) ja niiden suolojen läsnä ollessa, jotka ovat katalyyttejä. Siksi väkevä vetyperoksidi, peretikkahappo ja monet muut peroksidit voivat räjähtää ilman orgaanisia aineita.80-90 % vetyperoksidia on löytynyt käytännöllisesti katsoen yksikomponenttisena polttoaineena. Sitä käytettiin V-2-raketissa apupolttoaineena muodostamaan ihmis-kaasuseos, jonka avulla ajetaan rakettimoottoriin polttoainetta syöttävien pumppujen turbiineja. Vetyperoksidin hajottaminen suoritetaan käyttämällä kiinteitä tai nestemäisiä katalyyttejä.
Lyijy on yksi aktiivisimmista heterogeenisistä katalyyteistä. Tälle katalyyttiselle prosessille on julkaistu erilaisia laadullisia ominaisuuksia, nimittäin happamassa liuoksessa oleva kaksiarvoinen lyijy ei vaikuta vetyperoksidiin, sen hajoamiseen tarvitaan hopeaväliaine, jossa muodostuu lyijydioksidia. Tämän katalyysin mekanismin tutkimisen tuloksena pääteltiin, että sitä voidaan kuvata kahdenarvoisen lyijyn Pb(OH) väliseksi redox-sykliksi. ja lyijylyijyä PbzO. Edellytykset korkealle katalyyttiselle aktiivisuudelle syntyvät, kun molemmat näistä aineista ovat läsnä kiinteinä faaseina vahvasti emäksisessä liuoksessa ja muodostuu korkeampia oksideja. Eri pH-alueiden vaikutus voidaan karakterisoida seuraavasti. Lyijynitraatti liukenee vetyperoksidiin muodostaen kirkkaita, stabiileja liuoksia. Kun alkalia lisätään, muodostuu valkeankeltaista sakkaa ja aktiivisuutta esiintyy vähän. Kun emästä lisätään edelleen, sakka muuttuu oranssinpunaiseksi ja peroksidin nopea hajoaminen alkaa. Kuten kävi ilmi, tämän pisteen saavuttamiseen tarvittava alkalin määrä on kääntäen verrannollinen liuenneen lyijyn määrään, ja tämä ilmiö on päällekkäin vielä selvittämättömän ikääntymisen vaikutuksen kanssa. Katalyysin lopettamiseen tarvittava pyrofosfaatin määrä on suunnilleen yhtä suuri kuin määrä, joka tarvitaan lyijypyrofosfaatin Pb P O muodostamiseen. Katalyyttinen aktiivisuus saavuttaa huippunsa noin 0,2 N:ssä. alkalipitoisuudet korkeammissa pitoisuuksissa lyijyn liukoisuus plumbiitin ja plumbaattien muodossa kasvaa ja katalyyttinen aktiivisuus vähenee. Syklisen hapetus-pelkistysprosessin olemassaolo yritettiin todistaa radioaktiivisilla merkkiaineilla, mutta se päättyi epäonnistumiseen johtuen siitä, että jopa vetynitraatin puuttuessa tapahtuu vaihtoa kahdenarvoisen lyijy-ionin ja lyijydioksidin välillä typessä. happo (joka vastaa kirjallisuuden tietoja) sekä Plu.mbit ja Plumbate emäksisessä liuoksessa (joka on ristiriidassa julkaistujen tietojen kanssa
Katalyytin pinnan lisäämisen vaikutusta sen katalyyttiseen aktiivisuuteen voidaan havainnollistaa esimerkillä. Vetyperoksidi voi hajota vedeksi ja hapeksi. Tämän prosessin katalyytti on platina. Tasaisesti jauhetulla platinapinnalla H2O2:n hajoamisreaktio ei juuri kiihdy. Karkealla pinnalla havaitaan heikko hapen vapautuminen. Jauhemainen platina hajottaa melko nopeasti vetyperoksidia platinamustalla; prosessi etenee erittäin energisesti ja platinakolloidisen liuoksen lisääminen johtaa rajuun reaktioon, johon joskus liittyy räjähdys.
Lyijyyhdisteet ovat aktiivisia hajoamiskatalyyttejä. Lyijylaitteita voidaan käyttää menestyksekkäästi vain olosuhteissa, joissa on sulfaatteja, jotka aiheuttavat inertin lyijysulfaattipinnoitteen muodostumisen. Lyijyä käytetään joissakin tapauksissa tehtaissa, jotka tuottavat vetyperoksidia elektrolyyttisellä peroksodisulfaattiprosessilla, ja raakavillan valkaisussa sulfaattien läsnä ollessa. Lyijyn käyttö kosketuksissa minkä tahansa mutta erittäin laimean peroksidiliuoksen kanssa voi kuitenkin olla vaarallista, ja siksi sitä tulee välttää.
Vetyperoksidiliuoksia varastoitaessa käytetään negatiivisia katalyyttejä estämään sen hajoaminen. Tällaisina katalyytteinä, joita kutsutaan stabilaattoreiksi, voidaan käyttää pieniä määriä fosforihappoa, salisyylihappoa ja virtsahappoa (esimerkiksi 1 g virtsahappoa riittää 30 litraan tiivistettyä peroksidia), jotka suojaavat vetyperoksidia hajoamiselta.
Kiinteä vetyperoksidi on epätavallisen inerttiä. Jos esimerkiksi jäähdytetään, 0,5 N lisätään 90-prosenttiseen vetyperoksidiin -55°:ssa. permanganaattiliuosta, ruostehiukkasia tai muita katalyyttejä äläkä anna peroksidin sulaa; hajoamista ei havaita ollenkaan. Hajoaminen alkaa vasta sulamisen jälkeen.
Mitä puhtaampi vetyperoksidi on, sitä hitaammin se hajoaa varastoinnin aikana. Erityisen aktiivisia katalyyttejä H2O2:n hajottamiseen ovat tiettyjen metallien yhdisteet (Cp, Fe, Mn jne.), ja jopa niiden jäännöksillä on havaittavissa oleva vaikutus, jota ei voida suoraan määrittää analyyttisesti. Näiden metallien sitomiseksi pieni määrä (noin 1 10 000) natriumpyrofosfaattia - N34P207 - lisätään usein vetyperoksidiin stabilointiaineena.
Höyrykaasugeneraattori on kammio, johon katalyytti sijoitetaan. Vetyperoksidi syötetään kammioon, jossa se hajoaa vesihöyryksi ja hapeksi vapauttaen lämpöä. Nestemäistä katalyyttiä voidaan käyttää myös vetyperoksidin hajottamiseen. Tässä tapauksessa höyrykaasugeneraattorin kammio on kammio nestemäisen katalyytin sekoittamiseksi vetyperoksidin kanssa ja viimeksi mainitun hajottamiseksi.
Erittäin väkeviä (80 % ja enemmän) H2O2:n vesiliuoksia käytetään energialähteinä sekä itsenäisesti (katalyyttien avulla H2O2:n nopeaan hajoamiseen, litrasta nestemäistä vetyperoksidia saadaan noin 5000 litraa happiseosta ja vesihöyry, joka on lämmitetty 700 °C:seen) ja lentopetrolien hapettimena. Vetyperoksidia käytetään myös hapettavana aineena kemianteollisuudessa, lähtöaineena monien peroksidiyhdisteiden valmistukseen, polymerointiprosessien käynnistäjänä sekä joidenkin huokoisten tuotteiden valmistuksessa. viinien keinotekoiseen vanhentamiseen, hiusten värjäämiseen, tahranpoistoon jne.
Vetyperoksidia käytetään laajalti höyrykaasun tuottamiseen raketin propulsiojärjestelmän turbopumppuyksikön käyttämiseksi. Pumpun toiminnan varmistavalta polttoaineelta vaaditaan toisaalta riittävän korkeat energia-indikaattorit varmistamaan pumppujen toiminnan minimaalisin kustannuksin ja toisaalta suhteellisen alhaisen palamislämpötilan. Yleisimmin käytetty yksikomponenttinen polttoaine turbopumppuyksikön käyttämiseen on 80-85 % vetyperoksidia. Kun 80 % vetyperoksidista hajoaa, saadaan höyrykaasua, jonka lämpötila on 450-500° C. Peroksidin lisäksi höyrykaasua valmistettaessa kuluu katalyyttiä. Yhden kilogramman peroksidin hajottamiseen kuluu 0,05 kg nestemäistä katalyyttiä, joka on 35-prosenttista NaMn04-alkoholiliuosta (natriumpermanganaatti).
Matheson ja Maas määrittelivät 10 gramman vetyperoksidiliuosten hajoamislämmön adiabaattisessa kalorimetrissä. Hajotuskatalyyttinä käytettiin mangaanidioksidia. Näiden kirjoittajien mukaan hajoaminen päättyi äkillisesti, eivätkä kirjoittajat ottaneet käyttöön korjauksia jäännösvetyperoksidille. Vesihöyryn korjaus tehtiin ja osa kalorimetrin vesiekvivalenttia laskettiin. Vedettömän vetyneroksidin hajoamislämpö (-23,45 kcal/mol) laskettiin ekstrapoloimalla lineaarisesti laimennuslämpö neljän määrityksen keskiarvon perusteella (kaksi määritystä 38,05 % peroksidilla ja kaksi 97,15 %:lla).
Hajoamisreaktiot ovat ominaisia rakettipolttoaineen komponenteille, jotka ovat endotermisiä aineita. Yleensä niitä voidaan varastoida pitkään ilman hajoamista normaaleissa lämpötiloissa, mutta lämpötilan noustessa tai katalyytin vaikutuksesta alkaa hajoaminen, joka kiihtyy itsestään syntyvän lämmön vaikutuksesta. Siten 350 °C:seen kuumennettu hydratsiini hajoaa täysin typeksi ja ammoniakiksi ja paljon voimakkaammin raudan, kromin, kuparin ja muiden katalyyttien oksidien läsnä ollessa. Tyypillinen aine, joka pystyy hajoamaan lämmön vapautuessa, on vetyperoksidi. Puhtaassa muodossaan se on melko stabiili ja vasta kuumennettaessa yli 140°C alkaa hajota vedeksi ja hapeksi lämmön vapautuessa. Täysin puhdas H2O2 voidaan kuumentaa kiehuvaksi (151,4 °C) ja tislata ilman hajoamista, mutta pienimmätkin naarmut sen astian seinissä, jossa vetyperoksidia kuumennetaan, voivat aiheuttaa sen hajoamisen. Peroksidin hajoamisnopeus riippuu sen pitoisuudesta, pH-arvosta, lämpötilasta, hajoamista katalysoivien epäpuhtauksien tai stabilointiaineiden luonteesta ja määrästä sekä H2O2:ta sisältävien astioiden pinnan fysikaalisesta ja kemiallisesta luonteesta.
Alkuainehiili ei pääse stoikiometriseen reaktioon vetyperoksidin kanssa, vaikka tuloksena oleva hajoaminen aiheuttaa tietyn määrän muutoksia hiilen pinnassa. Roop ja Schlee raportoivat, että vetyperoksidi hapettaa karbonaatin muurahaishapoksi ja formaldehydiksi, myöhemmin
Sinkillä on epätavallisia ominaisuuksia, se voi toimia sekä katalysaattorina että stabilointiaineena. Kuten sivulla 451 todetaan, sinkillä 90-prosenttisessa vetyperoksidiliuoksessa on stabiloiva vaikutus. Havainto tehtiin [1153], että vetyperoksidin pitoisuuden pienentyessä tämä vaikutus heikkenee ja että liuoksissa, jotka sisältävät alle 40 painoprosenttia. % vetyperoksidia, sinkki toimii jo hajoamiskatalysaattorina. Tämä katalyyttinen vaikutus havaittiin myös seoksissa muiden katalyyttien kanssa. Weiss 156] osoitti, että metallinen sinkki hajottaa vetyperoksidia vapauttaen vetyä ja happea. Toistaiseksi ei ole ehdotettu mekanismia, joka voisi selittää tämän sinkin kaksoisvaikutuksen. Kadmiumin vaikutusta on tutkittu vain heikoissa liuoksissa ja sen joko katsotaan olevan heikkoja katalyyttisiä ominaisuuksia tai sitä pidetään täysin tehottomana
Uuton jälkeen antrakyioninen liuos sisältää noin 0,1-0,3 % vettä, pieniä määriä vetyperoksidia (tyypillisenä pitoisuutena 0,17 g/hiili) sekä erilaisia hapettuneita orgaanisia aineita, kuten orgaanisia happoja, aldehydejä, ketoneja, jne. jne. Nämä yhdisteet voivat myrkyttää nikkelin hydrauskatalyytin, ja siksi ne on poistettava ennen uudelleenkierrätystä. Saksalaisen menetelmän mukaan työliuos kuivataan kaliumkarbonaatin vesiliuoksella, jonka pitoisuus on 33 % (painosta), tämä liuos myös uuttaa osan vetyperoksidista. Orgaaniset aineet ja jäännökset vedestä poistetaan adsorptiolla savikerrokseen. Jäljelle jäänyt vetyperoksidi hajoaa nikkeli-hopeakatalyyttikerroksen päällä, ja joskus pieni määrä (noin 10 %) hydrauslaitteen pelkistettyä liuosta lisätään palautusnesteeseen ennen kuin se syötetään kantajalle katalyytin kanssa. vetyperoksidin ja liuenneen hapen poistamiseksi paremmin. Tämä tuottaa pienen määrän vettä, joka jää työliuokseen.
Yksikomponenttisena polttoaineena käytettiin vetyperoksidia yhdessä kalsium- tai natriumpermanganaatin vesiliuoksen kanssa katalyyttinä. Tätä polttoainetta käytettiin Focke-Wulf- ja Henkel-lentokoneissa, joiden moottorin työntövoimat olivat 300, 500 ja 1000 kg sekä ammuslentokoneiden kantoraketeissa. Näissä järjestelmissä vetyperoksidin katalyyttinen hajottaminen suoritetaan syöttämällä samanaikaisesti H2O2:ta ja väkevää Kampoy-liuosta. nestemäisen polttoaineen rakettimoottorin kammioon tai Ca(MnO 4)2:een. Reaktio alkaa nopeasti tasaisella paineen nousulla 50-70 kg/cm 0,01-0,02 sekunnissa.
Höyrykaasu turbiinin käyttämiseen saadaan joko erikoiskomponentista, joka ei ole moottorin polttoaineen komponentti, tai komponenteista, joilla rakettimoottori toimii. Vetyperoksidia käytetään usein höyrykaasun lähteenä. Höyrykaasun saamiseksi vetyperoksidista se hajotetaan höyrykaasugeneraattorissa katalyyttien - hajoamista edistävien aineiden - avulla.
Hapen ja kosteuden vaikutus moniin metalleihin tuottaa pieniä määriä vetyperoksidia, joka määritettiin kvalitatiivisesti kolorimetrisellä menetelmällä, esimerkiksi titaanisuolalla, tai Russell-ilmiöllä. Tämä vaikutus perustuu siihen tosiasiaan, että valokuvauslevyt ovat erittäin herkkiä hyvin pienille määrille vetyperoksidia. Siten Russell osoitti, että useat aineet, mukaan lukien erilaiset metallit, antavat valokuvauskuvia varsinkin pinnan vastakiillotuksen jälkeen, kun niitä pidetään valokuvalevyn lähellä pimeässä. On todistettu, että tämä johtuu vetyperoksidin vapautumisesta. Vetyperoksidia löydettiin jollakin määritellyistä menetelmistä seuraavien metallien hapetuksessa: sinkki, lyijy, tina, hopea, elohopea, kupari, alumiini, kadmium, magnesium ja rauta. On todennäköistä, että sitä muodostuu myös monien muiden metallien hapettumisen aikana. On erittäin vaikeaa avata sitä metalleille, jotka ovat aktiivisia vetyperoksidin hajoamisen katalyyttejä, kuten rauta, kupari ja lyijy. Ilmeisesti metallien itsehapettumisen aikana syntyvän vetyperoksidin pitoisuus määräytyy muodostumis- ja hajoamisreaktioiden suhteellisista nopeuksista; vetyperoksidin löytäminen yhden tai toisen kirjoittajan toimesta riippuu hänen käyttämänsä tekniikan herkkyydestä sekä koeolosuhteet. Suurempia vetyperoksidipitoisuuksia löytyy juuri jauhetun metallin pinnoilta ja myös (ainakin alumiinin tapauksessa) lievästi tai kohtalaisen happamissa tai lievästi emäksisissä vesiliuoksissa. Hapetusprosessin aikana metalli saa negatiivisen potentiaalin. Metallin anodinen polarisaatio estää vetyperoksidin muodostumista, kun taas katodinen polarisaatio edistää tätä muodostumista. Ei voida sanoa varmasti, tarvitaanko vetyperoksidin muodostumiseen sekä veden että hapen läsnäoloa, mutta erittäin todennäköistä, että sitä tarvitaan. Yhdessä kokeessa alumiininäyte kuivassa typessä antoi heikon valokuvan, mutta se todennäköisesti adsorboi happea ja vettä (tai vain vettä) ilmasta ennen kuin se asetettiin inerttiin ilmakehään.
Vetyperoksidin kyky hajota katalyyttien läsnä ollessa mahdollistaa sen, että tällä hapettimella käyvissä moottoreissa ei ole erityistä sytytyslaitetta käynnistystä varten. Vetyperoksidilla niin sanottu lämpömoottorin käynnistys on mahdollista. Vetyperoksidi syötetään esikammioon (pieni tilavuus, joka on kytketty pääpolttokammioon), jossa se hajoaa täällä sijaitsevan katalyytin vaikutuksesta. Vetyperoksidin kuumat kaasumaiset hajoamistuotteet pääsevät moottorin pääpolttokammioon. Kun polttokammioon on luotu tarvittava paine polttoaineen normaalia palamista varten, siihen syötetään palava komponentti.
Vesiliukoisia peroksidiyhdisteitä, jotka tuottavat vapaita radikaaleja hajoamisen aikana, käytetään useimmiten polymerointikatalyytteinä. Tällaisia yhdisteitä ovat vetyperoksidi, kaliumperoksidi, persulfaatit ja perboraatit. Monomeeriin liukeneva peroksidiyhdiste on bentsoyyliperoksidi. Havaittiin myös, että diatsoaminobentseeni aktivoi butadieenin polymeroitumisen. Reaktiokatalyytteinä käytetään tertiäärisiä amiineja, jotka liukenevat ainakin yhteen polymeroituvista komponenteista.
Formaldehydi Vetyperoksidi Polymeeri P a 3 J Hajoamistuotteet Kadmiumin tai sinkin kelaattiyhdiste alkylideenidiasetaateissa, 10-80°C 1 0 w e Katalyytti on sama
Katalyyttiä voidaan käyttää joko vesiliuoksen muodossa, ruiskutettuna suuttimen kautta hajoamiskammioon samanaikaisesti vetyperoksidin kanssa tai kiinteässä muodossa. Jälkimmäisessä tapauksessa katalyytillä kyllästetään keraaminen suutin, jonka päälle putoaa ruiskutettua vetyperoksidia. 1 kg kiinteää katalyyttiä voi hajottaa jopa 2000 kg 80-prosenttista vetyperoksidia.
Vetyperoksidi on hyvä hapetin, erityisesti emäksisessä liuoksessa. Ylimääräinen peroksidi hajotetaan yleensä keittämällä alkalista liuosta. Hajoamista nopeuttaa lisäämällä katalyyttejä, esimerkiksi nikkelisuoloja, jodidia ja platinamustaa. Shulek ja Schakach poistivat ylimääräisen hapettimen käyttämällä kloorivettä, ja kaliumsyanidia lisättiin tuhoamaan ylimääräinen kloori.
Näillä menetelmillä valmistetaan huokoisia elastomeerejä ja kestomuoveja, joiden hajoamistuotteet eivät ole haitallisia. Huokosia muodostavia aineita käytetään runsaasti, joista yleisimpiä ovat natrium- ja ammoniumbikarbonaatit, ammoniumnitraatti, kalsiumkarbonaatti, diatsojohdannaiset ja di-isosyanaatit. Huokosten muodostavaksi aineeksi ehdotetaan kaasukyllästettyä aktiivihiiltä.Teleili-prosessissa huokoisen kumin valmistuksessa kaasulähteenä on vetyperoksidi, joka hajoaa happea vapautuessa hiivakatalysaattorin vaikutuksesta. Tässä tapauksessa huokosia muodostava materiaali sekoitetaan lateksiin ennen koagulointia tai elastomeerimassaan ennen vulkanointia, ja materiaalin on oltava tasaisesti jakautunut koko muovimassaan ennen kaasun kehittymistä.
Tällä hetkellä tunnetaan useita menetelmiä peretikkahapon valmistamiseksi, jota käytetään erilaisten tyydyttymättömien yhdisteiden epoksidointiin. Menetelmän valinta riippuu hapettuvan kaksoissidoksen sijainnista molekyylissä. Teollisuudessa käytetään kahta pääasiallista epoksidointimenetelmää. Ensimmäisen mukaan vetyperoksidia lisätään etikkahapon, tyydyttymättömän yhdisteen ja happokatalyytin seokseen. Välituotteena muodostuva peretikkahappo hapettaa olefiinin epoksiryhmiä sisältäväksi yhdisteeksi. Toisessa menetelmässä asetaldehydi hapetetaan ilmalla sopivassa liuottimessa asetaldehydimonoperasetaatiksi, joka termisessä hajoamisessa tuottaa peretikkahappoa. Sivutuotteina muodostuneet etikkahappo ja asetaldehydi poistetaan tislaamalla tyhjössä. Koska epoksidaatio muuttaa peretikkahapon etikkahapoksi, prosessi muuttaa asetaldehydin etikkahapoksi sivutuotteena.
Homogeenisen ja heterogeenisen katalyysin välinen suhde on vain huonosti ymmärretty, lähinnä siksi, että molempien katalyysityyppien aiheuttamia alkuaineita ei ole tutkittu katalyytin tilan määräävien muuttujien (esimerkiksi pH ja pitoisuus) koko alueella. . Rauta voidaan mainita katalyyttinä, jossa voidaan havaita siirtyminen homogeenisesta heterogeeniseen mekanismiin. Happamassa liuoksessa reaktio on puhtaasti homogeeninen. Jos pH:ta kuitenkin nostetaan, kolloidista ainetta alkaa ilmaantua ja samalla tapahtuu nopeuden muutos (katso kuva 76 sivulla 440). Vielä korkeammilla pH-tasoilla voi esiintyä makroskooppista sedimentaatiota sekä muita kineettisiä muutoksia. Katalyysin nopeuteen voivat vaikuttaa myös muutokset fysikaalisessa muodossa (katalyytin kantajan läsnäolo, katalyytin sintraus tai kiderakenteen muutos). Vaikka pH:ta, jossa kolloidinen aine alkaa ilmaantua, ei ole vielä täysin määritetty, ei ole epäilystäkään siitä tosiasiasta, että se siirtyy homogeenisesta hajoamisesta heterogeeniseen pH:n noustessa. Muutosmekanismin luonteeseen liittyy kuitenkin edelleen merkittäviä epävarmuustekijöitä. Joissakin tapauksissa molemmat hajoamistyypit voidaan selittää kvalitatiivisesti samalla mekanismilla, kuten syklisellä hapettumisella ja pelkistymisellä. Samanaikaisesti katalyytin kompleksin muodostuminen tai saostuminen kolloidisessa tai kiinteässä tilassa voi määrittää läsnä olevan katalyytin kokonaismäärän t-osuuden, joka pystyy todella osallistumaan reaktioon ja siten vaikuttamaan havaittuun reaktioon. hajoaminen. Tämän tyyppinen kompleksoituminen tapahtuu, kun polymeroitumista katalysoi peroksidien vaikutus. Puhtaasti heterogeenisessä katalyysissä havaittu nopeus riippuu kiinteän katalyytin dispersioasteesta, koska tämä dispersio määrää väliaineen kanssa kosketuksissa olevan pinnan koon. Päinvastoin on täysin mahdollista, että siirryttäessä homogeenisesta järjestelmästä heterogeeniseen reaktion luonne, johon vetyperoksidi joutuu, muuttuu radikaalisti, esimerkiksi ionimekanismi voi muuttua radikaaliksi. On mahdollista, että olosuhteiden muuttuessa siirtyminen mekanismista toiseen on suhteellisen hienoa. Homogeenisen ja heterogeenisen katalyysin eroja selvitettäessä on aina otettava huomioon liuoksesta adsorption mahdollinen vaikutus homogeeniseen katalyysiin. Siten yksiarvoinen hopea, jolla ei ole katalyyttisiä ominaisuuksia homogeenisesti dispergoituna, adsorboituu helposti lasiin. Adsorboituneessa tilassa se voi saada katalyyttisiä ominaisuuksia joko todellisen pelkistymisen seurauksena metalliksi tai vain polarisaation seurauksena. Lasipinnan myöhempi käyttö kosketuksessa emäksisemmän liuoksen kanssa voi myös aktivoida adsorboituneen hopean. Tämä on erityisen havaittavissa lasielektrodipinnan tapauksessa.
Näiden tekijöiden vaikutus metallilyijyyn on erittäin dramaattinen. Jos kiillotettua lyijyä, joka ei sisällä oksidikalvoa, upotetaan vetyperoksidiin, sen aktiivisuus osoittautuu erittäin alhaiseksi. Vähitellen muodostuu valkoinen sakka, joka kerääntymisen jälkeen muuttuu punaiseksi lyijyksi, jota seuraa nopea katalyyttisen aktiivisuuden ilmentyminen. Jos metallista lyijyä upotetaan hetkeksi vetyperoksidiliuokseen ja poistetaan välittömästi, pieni määrä metalliin tarttuvaa nestettä pysyy rauhallisessa tilassa lyhyen aikaa ja sen jälkeen lyijykalvon muodostumisen jälkeen PbzO4 metallilla, se irtoaa äkillisesti pinnasta rajumyrskyn vaikutuksesta.hajoaminen. Tässä prosessissa tapahtuu lyijyn liukenemista, mikä liittyy varmasti havaittuun lyijyn passiivisuuden tuhoutumiseen vetyperoksidin vaikutuksesta, mutta peroksidi ei vaikuta dendriittien kasvuun siinä. Lyijikatalyyttien käytännön sovellus väkevän vetyperoksidin hajottamiseen energiantuotantoon käytettävissä järjestelmissä kuvataan.
Usein on vaikea määrittää, ovatko reaktioseoksesta eristetyt peroksidit vetyperoksidia vai ovatko ne orgaanisia peroksideja.Niiden peroksidien rakennetta on viime aikoihin asti yritetty määrittää vain vähän. Johtopäätökset peroksidien luonteesta voidaan tehdä seuraavien todisteiden perusteella: 1) peroksidin hajoamisen aikana muodostuneen kaasun ja nesteen koostumus (esim. vetyperoksidi antaa happea ja vettä; oksialkyylihydroperoksidi, kun se hajoaa emäksissä muodossa, tuottaa vetyä ja happoa, metyylivetyperoksidi hajoaa platinamustalle hiilidioksidiksi) 2) erilaisia värireaktioita, esimerkiksi reaktio titaanisuolalla, jota pidetään vetyperoksidille hyvin spesifisenä (katso luku 10) 3) ominaisuudet reaktiosta happaman kaliumjodidiliuoksen kanssa (esimerkiksi metyylihydroperoksidi reagoi vain rautasulfaatin läsnä ollessa katalyyttinä, mutta ei reagoi ammoniummolybdaatin läsnä ollessa; lisäksi jodidin hapettumisnopeus jodiin riippuu huomattavasti peroksidin luonteesta) 4) liukenemattomien epäorgaanisten peroksidien, esimerkiksi kalsiumperoksidin tai natriumperoksoboraatin muodostuminen, kun tuotteeseen lisätään sopivia lisäaineita, mikä todistaa vetyperoksidin tai hydroksialkyylihydroperoksidien esiintymisen 5) vertailu absorptiospektrien määrittäminen näillä spektreillä tunnetuille peroksideille 6) jakautumiskertoimien määritys eetterillä 7) kromatografiset erotusmenetelmät 8) erilaisten peroksidien lämpöhajoamisnopeuden määritys reaktiovyöhykkeen lämpötilassa ja 9) polarografiamenetelmät
Eräässä erityistapauksessa, kun nitraatin läsnäolo 30-prosenttisessa (paino) vetyperoksidiliuoksessa osoittautui haitalliseksi, se poistettiin siitä pääasiassa adsorptiolla aktiivihiileen, jolloin peroksidi hajosi verrattain vähän. Laboratoriomenetelmänä on myös ehdotettu vetyperoksidin puhdistamista lisäämällä nopeasti, sekoittaen, ensin rautakloridiliuos ja sitten kalsiumkarbonaatti, ja suodattamalla seos nopeasti Gooch-upokkaan läpi. Tämän jälkeen väkevän rikkihapon lisäys poistaa jäljelle jääneen keltaisen värin ja saostaa kalsiumia. Kaksi ensimmäistä lisättyä ainetta muodostavat luultavasti vesipitoisen rautahydroksidin (P1) sakan, joka suuren adsorptiokapasiteetin ansiosta pystyy sitomaan pieniä määriä epäpuhtauksia. Rautayhdisteet ovat kuitenkin voimakkaita hajoamisen katalyyttejä, ja tämän käsittelyn jälkeen jäljelle jääneet pienetkin määrät voivat aiheuttaa merkittävää hajoamista. On vaikea kuvitella, että tällaisella tekniikalla, joka liittyy ei-hyväksyttävän kontaminaatioon, olisi mitään etuja tinaoksidihydraatilla tapahtuvaan saostusmenetelmään verrattuna. Parhaassa tapauksessa voi tapahtua havaittava peroksidin hajoaminen; pahimmassa tapauksessa tämä prosessi on täynnä vaaraa, joka liittyy katalyyttisesti aktiivisten aineiden lisäämiseen peroksidiin, varsinkin jos niitä lisätään huomattavassa pitoisuudessa. Siksi kuvattua menetelmää ei voida suositella missään olosuhteissa.
Ja sifoneja voi saada useilta vetyperoksidia tuottavilta yrityksiltä, emmekä tässä käsittele näitä asioita. Tärkeimmät varotoimet ovat 1) välttää peroksidin kosketusta aktiivisten katalyyttien kanssa, kuten rautaa, kuparia, mangaania ja useimpia muita metalleja sisältävien materiaalien sekä pölyn ja emäksisten yhdisteiden kanssa, jotka voivat aiheuttaa nopean hajoamisen 2) välttää kosketusta orgaanisten materiaalien kanssa. aineet, jotka voivat syttyä tai muodostaa räjähtäviä seoksia väkevän vetyperoksidin kanssa 3) laitteet, joissa vetyperoksidia voidaan varastoida tai tilapäisesti säilyttää, on aina tuuletettava kunnolla 4) liian korkeita lämpötiloja on vältettävä. Vetyperoksidin fysiologiset vaikutukset on kuvattu sivulla 153. Peroksidi, jonka pitoisuus on noin 50 painoprosenttia tai vähemmän, ei yleensä aiheuta välitöntä vahingossa läikkyneen syttyvän materiaalin, kuten vaatteiden syttymistä, mutta jos sen annetaan kuivua, koska vesi haihtuu enemmän helposti peroksidipitoisuus kasvaa, mikä joskus johtaa itsestään syttymiseen. Katalyyttisiä epäpuhtauksia tai muita syttyviä aineita sisältävät saastuneet materiaalit, kuten puu tai vaatteet, erityisesti villa, syttyvät usein itsestään joutuessaan alttiiksi väkevälle vetyperoksidille. Joka tapauksessa läikkynyt peroksidi on pestävä pois runsaalla vedellä.
Joissakin teollisuuskeskuksissa vetyperoksidia sisältävää jätevettä on vaikea päästää vesistöihin. Siten yli 40 mg/l vetyperoksidipitoisuudet ovat myrkyllisiä taimenpoikasille, pienemmät pitoisuudet ovat täysin vaarattomia 48 tunnin aikana. Paras tapa poistaa vedestä jäännösvetyperoksidia riippuu muiden veteen sisältyvien jätteiden laadusta; jos esimerkiksi rakettikoeaseman jätevedessä on pelkistäviä aineita (hydratsiini tai metyylialkoholi), on suositeltavaa peroksidin ja näiden aineiden välisen vuorovaikutuksen aikaansaamiseksi. Koska vetyperoksidi hajoaa helposti emäksisessä ympäristössä sekä erilaisten metallikatalyyttien vaikutuksesta, yhden jäännösperoksidin käsittelymenetelmän mukaisesti, ehdotetaan kalkin lisäämistä veteen pH:n saattamiseksi arvoon 11, minkä jälkeen lisätään liukoinen mangaanisuola, esimerkiksi kloridi, niin että mangaanipitoisuus on noin 4 mg/l. Tässä pH:ssa mangaani näyttää muuttuvan hienoksi mangaanioksidihydraatin sakaksi, joka on erittäin tehokas katalyytti. Seosta sekoitetaan, kunnes peroksidi on täysin hajonnut, ja sedimentin laskeutumisen jälkeen jätevesi on johdettava säiliöön. Laskeutunut liete voidaan todennäköisesti käyttää uudelleen.
Varauksen siirron periaatteella on tietysti suuri merkitys, mutta nämä ilmiöt eivät ole vielä täysin selviä eivätkä liity johdonmukaiseen luotettavaan teoriaan. Esimerkiksi bariumperoksidi, joka koostuu lähes kokonaan ioneista, on stabiili. Alla lainatut teokset osoittavat, että elektroneja luovuttavien substituenttien lisääminen asyyliperoksideihin nopeuttaa hajoamista. Ilmeisesti kaikki tällaiset vertailut ovat päteviä vain analogisille prosesseille, toisin sanoen saman sidoksen katkaisemiseen samassa ympäristössä vain homogeenisen tai heterogeenisen prosessin vuoksi, jossa on mukana sama tai vastaava reagenssi, initiaattori tai katalyytti. Siten, jos tarkastellaan homogeenista hajoamista kaasufaasissa, orgaaniset peroksidit ovat ilmeisesti vähemmän stabiileja kuin vetyperoksidi. Päinvastoin, esimerkki reaktioista rauta-ionien kanssa osoittaa, että vetyperoksidi on kaikista tutkituista peroksideista reaktiivisin. Erityisesti on tarpeen erottaa minkä tahansa peroksidin herkkyys räjähdys- tai räjähdysherkkyydestä ja nopeudesta, jolla se reagoi tiukasti määritellyissä olosuhteissa. Fundamentals of General Chemistry, osa 2, painos 3 (1973) -- [
Veden lisäksi tunnetaan toinen vedyn ja hapen yhdiste - vetyperoksidi (H 2 O 2). Luonnossa sitä muodostuu sivutuotteena monien aineiden hapettuessa ilmakehän hapella. Sen jälkiä on jatkuvasti sateessa. Vetyperoksidia muodostuu myös osittain palavan vedyn liekissä, mutta se hajoaa palamistuotteiden jäähtyessä.
Melko suurina pitoisuuksina (jopa useaan prosenttiin) H 2 O 2 voidaan saada vuorovaikutuksella vedyn vapautumishetkellä molekyylihapen kanssa. Vetyperoksidia muodostuu myös osittain, kun kosteaa happea kuumennetaan 2000 °C:seen, kun hiljainen sähköpurkaus kulkee kostean vedyn ja hapen seoksen läpi ja kun vesi altistuu ultraviolettisäteille tai otsonille.
Lämpö muodostaa vetyperoksidia.
Vetyperoksidin muodostumislämpöä ei ole mahdollista määrittää suoraan alkuaineista. Mahdollisuus löytää se epäsuorasti perustuu G. I. Hessin (1840) määrittelemään lämpömäärien pysyvyyden lakiin: peräkkäisten kemiallisten reaktioiden sarjan lämpövaikutus on yhtä suuri kuin minkä tahansa muun saman reaktiosarjan lämpövaikutus. lähtöaineet ja lopputuotteet.
Tarkkaan ottaen Hessin laki tulisi muotoilla "energiasummien pysyvyyden laiksi", koska kemiallisten muutosten aikana energiaa voi vapautua tai imeytyä paitsi lämpöenergiana myös mekaanisena, sähköisenä jne. oletetaan, että tarkasteltavat prosessit tapahtuvat vakiopaineessa tai vakiotilavuudessa. Pääsääntöisesti näin on juuri kemiallisissa reaktioissa, ja kaikki muut energiamuodot voidaan muuntaa lämmöksi. Tämän lain olemus tulee erityisen selvästi esiin seuraavan mekaanisen analogian valossa: ilman kitkaa putoavan kuorman suorittama kokonaistyö ei riipu reitistä, vaan ainoastaan alku- ja loppukorkeuksien erosta. Samalla tavalla tietyn kemiallisen reaktion kokonaislämpövaikutus määräytyy vain sen lopputuotteiden ja alkuaineiden muodostumislämmön (alkuaineista) eron perusteella. Jos kaikki nämä suuret tunnetaan, niin reaktion lämpövaikutuksen laskemiseksi riittää, että lopputuotteiden muodostumislämpöjen summasta vähennetään lähtöaineiden muodostumislämmöt. Hessin lakia käytetään usein sellaisten reaktioiden lämpöjen laskemiseen, joiden suora kokeellinen määrittäminen on vaikeaa tai jopa mahdotonta.
H 2 O 2:een sovellettaessa laskenta voidaan suorittaa kahden eri vedenmuodostustavan perusteella:
1. Anna vedyn ja hapen yhdistelmän muodostaa aluksi vetyperoksidia, joka sitten hajoaa vedeksi ja hapeksi. Sitten meillä on seuraavat kaksi prosessia:
2 H 2 + 2 O 2 = 2 H 2 O 2 + 2 x kJ
2 H 2O 2 = 2 H 2O + O 2 + 196 kJ
Jälkimmäisen reaktion lämpövaikutus on helppo määrittää kokeellisesti. Lisäämällä molemmat yhtälöt termi kerrallaan ja kumoamalla yksittäiset termit saadaan
2 H 2 + O 2 = 2 H 2 O + (2x + 196) kJ.
2. Anna veden muodostua suoraan, kun vety yhdistyy happeen, niin meillä on
2 H2 + O 2 = 2 H20 + 573 kJ.
Koska molemmissa tapauksissa sekä lähtöaineet että lopputuotteet ovat samat, 2x + 196 = 573, josta x = 188,5 kJ. Tämä on vetyperoksidimoolin muodostumislämpö elementeistä.
Kuitti.
Helpoin tapa saada vetyperoksidia on bariumperoksidista (BaO2) käsittelemällä se laimealla rikkihapolla:
BaO 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 + H 2 O 2.
Tässä tapauksessa vetyperoksidin kanssa muodostuu veteen liukenematonta bariumsulfaattia, josta neste voidaan erottaa suodattamalla. H2O2 myydään yleensä 3-prosenttisena vesiliuoksena.
Pitkään haihduttamalla tavanomaista 3-prosenttista H 2 O 2 -vesiliuosta 60-70 ° C:ssa, vetyperoksidin pitoisuus siinä voidaan nostaa 30 prosenttiin. Vahvempien liuosten saamiseksi vesi on tislattava pois alennetussa paineessa. Siis 15 mm Hg:ssä. Taide. ensin (noin 30 °C:sta alkaen) pääosin vesi tislataan pois, ja kun lämpötila saavuttaa 50 °C, tislauskolviin jää hyvin väkevä vetyperoksidiliuos, josta voimakkaalla jäähdytyksellä voidaan eristää sen valkoiset kiteet. .
Päämenetelmä vetyperoksidin valmistamiseksi on perrikkihapon (tai joidenkin sen suolojen) vuorovaikutus veden kanssa, mikä etenee helposti seuraavan kaavion mukaisesti:
H 2 S 2 O 8 + 2 H 2 O = 2 H 2 SO 4 + H 2 O 2.
Jotkut uudet menetelmät (orgaanisten peroksidiyhdisteiden hajottaminen jne.) ja vanha menetelmä saada BaO 2:sta ovat vähemmän tärkeitä. Suurten vetyperoksidimäärien varastointiin ja kuljettamiseen sopivat alumiinisäiliöt (puhtausaste vähintään 99,6 %).
Fyysiset ominaisuudet.
Puhdas vetyperoksidi on väritöntä, siirappimaista nestettä (tiheys noin 1,5 g/ml), joka tislautuu riittävän alennetussa paineessa hajoamatta. H 2 O 2:n jäätymiseen liittyy puristus (toisin kuin vesi). Valkoiset vetyperoksidikiteet sulavat -0,5 °C:ssa, eli lähes samassa lämpötilassa kuin jää.
Vetyperoksidin sulamislämpö on 13 kJ/mol, haihtumislämpö 50 kJ/mol (25 °C:ssa). Normaalipaineessa puhdas H 2 O 2 kiehuu 152 °C:ssa ja hajoaa voimakkaasti (ja höyryt voivat olla räjähtäviä). Sen kriittiselle lämpötilalle ja paineelle teoreettisesti lasketut arvot ovat 458 °C ja 214 atm. Puhtaan H202:n tiheys on 1,71 g/cm3 kiinteässä tilassa, 1,47 g/cm3 0 °C:ssa ja 1,44 g/cm3 25 °C:ssa. Nestemäinen vetyperoksidi, kuten vesi, liittyy voimakkaasti. H 2 O 2:n taitekerroin (1,41) sekä sen viskositeetti ja pintajännitys ovat hieman korkeammat kuin veden (samassa lämpötilassa).
Rakennekaava.
Vetyperoksidin H-O-O-H rakennekaava osoittaa, että kaksi happiatomia on suoraan yhteydessä toisiinsa. Tämä sidos on hauras ja aiheuttaa molekyylin epävakauden. Itse asiassa puhdas H 2 O 2 pystyy hajoamaan vedeksi ja hapeksi räjähdyksen seurauksena. Se on paljon stabiilimpi laimeissa vesiliuoksissa.
Optisilla menetelmillä on todettu, että H-O-O-H-molekyyli ei ole lineaarinen: H-O-sidokset muodostavat noin 95° kulmat O-O-sidoksen kanssa. Tämän tyyppisten molekyylien äärimmäiset spatiaaliset muodot ovat alla esitetyt litteät rakenteet - cis-muoto (molemmat H-O-sidokset O-O-sidoksen toisella puolella) ja trans-muoto (H-O-sidokset vastakkaisilla puolilla).
Siirtyminen yhdestä niistä toiseen voitaisiin suorittaa kiertämällä H-O-sidosta O-O-sidoksen akselia pitkin, mutta tämän estää sisäisen pyörimisen potentiaalinen este, joka aiheutuu tarpeesta voittaa välivaiheessa energialtaan vähemmän edullisia tiloja (3,8 kJ:lla). /mol muunnoksen ja 15 kJ/mol cis-muodon osalta). H 2 O 2 -molekyyleissä olevien H-O-sidosten lähes pyöreää pyörimistä ei tapahdu, mutta vain osa niiden värähtelyistä tapahtuu tietyn molekyylin vakaimman välitilan - vino ("gauch") - muodon ympärillä.
Kemialliset ominaisuudet.
Mitä puhtaampi vetyperoksidi on, sitä hitaammin se hajoaa varastoinnin aikana. Erityisen aktiivisia katalyyttejä H 2 O 2:n hajottamiseen ovat tiettyjen metallien yhdisteet (Cu, Fe, Mn jne.), ja jopa niillä jäännöksillä, jotka eivät sovellu suoraan analyyttiseen määritykseen, on havaittavissa oleva vaikutus. Etyylimetallien sitomiseksi pieni määrä (noin 1:10 000) natriumpyrofosfaattia - Na 4 P 2 O 7 - lisätään usein vetyperoksidiin "stabilointiaineena".
Alkalinen ympäristö itsessään ei aiheuta vetyperoksidin hajoamista, mutta edistää voimakkaasti sen katalyyttistä hajoamista. Päinvastoin, hapan ympäristö vaikeuttaa tätä hajoamista. Siksi H 2 O 2 -liuos tehdään usein happamaksi rikki- tai fosforihapolla. Vetyperoksidi hajoaa nopeammin kuumennettaessa ja altistuessaan valolle, joten se tulee säilyttää viileässä, pimeässä paikassa.
Kuten vesi, vetyperoksidi liuottaa monia suoloja hyvin. Se sekoittuu veteen (myös alkoholiin) missä suhteessa tahansa. Sen laimennetulla liuoksella on epämiellyttävä "metallinen" maku. Kun voimakkaat liuokset vaikuttavat ihoon, syntyy palovammoja ja palanut alue muuttuu valkoiseksi.
Alla vertaamme joidenkin suolojen liukoisuutta veteen ja vetyperoksidiin 0 °C:ssa (g per 100 g liuotinta):
Monet 1800-luvun tutkijat, jotka saivat puhdasta vetyperoksidia, panivat merkille tämän yhdisteen vaarat. Joten kun he yrittivät erottaa N
2 O 2 vedestä uuttamalla laimeista liuoksista dietyylieetterillä ja sen jälkeen tislaamalla haihtuva eetteri, tuloksena saatu aine joskus räjähti ilman näkyvää syytä. Yhdessä näistä kokeista saksalainen kemisti Yu.V. Bruhl sai vedettömän H 2 O 2 , joka haisi otsonilta ja räjähti sulamattoman lasisauvan koskettaessa. Pienistä H-määristä huolimatta 2 O 2 (yhteensä 12 ml) räjähdys oli niin voimakas, että se löi pyöreän reiän pöydän lautaan, tuhosi sen laatikon sisällön sekä pöydällä ja sen vieressä seisovat pullot ja instrumentit.Fyysiset ominaisuudet. Puhdas vetyperoksidi on hyvin erilainen kuin tuttu 3-prosenttinen H:n liuos 2 O 2 , joka on kodin lääkekaapissa. Ensinnäkin se on lähes puolitoista kertaa vettä raskaampaa (tiheys 20 °C:ssa on 1,45 g/cm 3). H2O2 jäätyy lämpötilassa, joka on hieman alhaisempi kuin veden jäätymispiste miinus 0,41 ° C:ssa, mutta jos jäähdytät nopeasti puhdasta nestettä, se ei yleensä jäädy, vaan alijäähtyy muuttuen läpinäkyväksi lasimaiseksi massaksi. Ratkaisut H 2 O 2 jäädyttää paljon alemmassa lämpötilassa: 30-prosenttinen liuos -30 °C:ssa ja 60-prosenttinen liuos -53 °C:ssa. Kiehuu H 2 O 2 tavallista vettä korkeammassa lämpötilassa, 150,2 °C:ssa. Kostuttaa lasin H 2 O 2 huonompi kuin vesi, ja tämä johtaa mielenkiintoiseen ilmiöön vesiliuosten hitaan tislauksen aikana: kun vettä tislataan liuoksesta, se, kuten tavallista, virtaa jääkaapista astiaan pisaroiden muodossa; milloin se alkaa tislautua 2 O 2 , neste tulee ulos jääkaapista jatkuvana ohuena virtana. Puhdas vetyperoksidi ja sen tiivistetyt liuokset jättävät iholle valkoisia täpliä ja aiheuttavat polttavan tunteen vakavan kemiallisen palovamman vuoksi.Vetyperoksidin tuotantoa käsittelevässä artikkelissa Tenard ei kovin menestyksekkäästi vertannut tätä ainetta siirappiin; ehkä hän tarkoitti, että puhdas H
2 O 2 , kuten sokerisiirappi, taittaa voimakkaasti valoa. Itse asiassa vedettömän H:n taitekerroin 2 O 2 (1,41) on paljon suurempi kuin veden (1,33). Kuitenkin joko väärintulkinnan seurauksena tai huonon ranskankielisen käännöksen vuoksi lähes kaikissa oppikirjoissa kirjoitetaan edelleen, että puhdas vetyperoksidi on "paksua, siirappimaista nestettä", ja he jopa selittävät tämän teoreettisesti vetysidosten muodostumisella. Mutta vesi muodostaa myös vetysidoksia. Itse asiassa N:n viskositeetti 2 O 2 sama kuin hieman jäähdytetty (noin 13 °C) vesi, mutta ei voida sanoa, että kylmä vesi olisi paksua kuin siirappi.Hajoamisreaktio. Puhdas vetyperoksidi on erittäin vaarallinen aine, koska tietyissä olosuhteissa sen räjähdysmäinen hajoaminen on mahdollista: H 2 O 2 ® H 2 O + 1/2 O 2 vapauttaa 98 kJ per mol H 2 O 2 (34 g). Tämä on erittäin suuri energia: se on suurempi kuin se, joka vapautuu, kun vedyn ja kloorin seoksen räjähdyksen aikana muodostuu 1 mooli HCl:a; riittää haihduttamaan kokonaan 2,5 kertaa enemmän vettä kuin tässä reaktiossa muodostuu. H:n tiivistetyt vesiliuokset ovat myös vaarallisia 2 O 2 , niiden läsnä ollessa monet orgaaniset yhdisteet syttyvät helposti itsestään ja törmäyksessä tällaiset seokset voivat räjähtää. Käytä konsentroitujen liuosten säilyttämiseen erityisen puhtaasta alumiinista valmistettuja astioita tai vahattuja lasiastioita.Useammin kohtaat vähemmän väkevän 30-prosenttisen H-liuoksen
2 O 2 , jota kutsutaan perhydroliksi, mutta tällainen liuos on myös vaarallinen: se aiheuttaa palovammoja iholle (vaikuttaessaan iho muuttuu välittömästi valkoiseksi väriaineiden värjäytymisen vuoksi), ja jos epäpuhtauksia pääsee sisään, räjähdysmäinen kiehuminen on mahdollista. Hajoaminen H 2 O 2 ja sen liuokset, mukaan lukien räjähtävät, johtuvat monista aineista, esimerkiksi raskasmetalli-ioneista, jotka tässä tapauksessa toimivat katalyyttinä, ja jopa pölyhiukkasista. 2 O 2 selittyy reaktion voimakkaalla eksotermisyydellä, prosessin ketjuluonteella ja H:n hajoamisen aktivaatioenergian merkittävällä laskulla. 2 O 2 erilaisten aineiden läsnä ollessa, kuten voidaan päätellä seuraavien tietojen perusteella:Entsyymi katalaasi löytyy verestä; Sen ansiosta farmaseuttinen "vetyperoksidi" "kiehuu" hapen vapautumisesta, kun sitä käytetään leikatun sormen desinfiointiin. Väkevän H-liuoksen hajoamisreaktio 2 O 2 eivät vain ihmiset käytä katalaasia; Juuri tämä reaktio auttaa pommituskuoriaista taistelemaan vihollisia vastaan vapauttamalla kuuman virran heihin ( cm . RÄJÄHDYSAINEET). Toinen entsyymi, peroksidaasi, toimii eri tavalla: se ei hajota H 2 O 2 , mutta sen läsnä ollessa tapahtuu muiden aineiden hapettumista vetyperoksidilla.Vetyperoksidin reaktioihin vaikuttavilla entsyymeillä on tärkeä rooli solun elämässä. Energiaa elimistö saa hapetusreaktioista, joihin liittyy keuhkoista tulevaa happea. Näissä reaktioissa H muodostuu välissä
2 O 2 , joka on haitallista solulle, koska se aiheuttaa peruuttamattomia vaurioita erilaisille biomolekyyleille. Katalaasi ja peroksidaasi toimivat yhdessä muuntaen H 2 O 2 veteen ja happeen.H-hajoamisreaktio
2 O 2 etenee usein radikaalin ketjumekanismin kautta ( cm. KETJUREAKTIOT), kun taas katalyytin tehtävänä on käynnistää vapaita radikaaleja. Siten H:n vesiliuosten seoksessa 202 ja Fe2+ (ns. Fenton-reagenssi) Fe-ionista tapahtuu elektroninsiirtoreaktio 2+ per H 2 O 2 -molekyyli Fe-ionin muodostumisen kanssa 3+ ja erittäin epästabiili radikaali anioni . , joka hajoaa välittömästi OH-anioniksi ja vapaa hydroksyyliradikaali OH. ( cm. VAPAAT RADIKAALIT). Radikaali HE. todella aktiivinen. Jos järjestelmässä on orgaanisia yhdisteitä, erilaiset reaktiot hydroksyyliradikaalien kanssa ovat mahdollisia. Siten aromaattiset yhdisteet ja hydroksihapot hapettuvat (esim. bentseeni muuttuu fenoliksi), tyydyttymättömät yhdisteet voivat kiinnittää hydroksyyliryhmiä kaksoissidokseen: CH 2 = CHCH 2OH + 2OH. ® NOCH2CH(OH)CH2 OH, ja voi osallistua polymerointireaktioon. Sopivien reagenssien puuttuessa OH. reagoi H2O2:n kanssa jolloin muodostuu vähemmän aktiivinen radikaali HO 2 . , joka pystyy vähentämään Fe-ioneja 2+ , joka sulkee katalyyttisyklin: H 2O 2 + Fe 2+ ® Fe 3+ + OH . + OH OH. + H202® H 2 O + HO 2 .HO 2 . + Fe 3+
® Fe 2+ + O 2 + H + ® H 2 O. Tietyissä olosuhteissa H:n ketjun hajoaminen on mahdollista 2 O 2 , jonka yksinkertaistettu mekanismi voidaan esittää kaaviolla. + H202® H 2 O + HO 2 . 2 . +H2O2® H 2O + O 2 + OH . jne.H:n hajoamisreaktiot
2 O 2 esiintyy erilaisten vaihtelevan valenssin metallien läsnä ollessa. Kun ne sitoutuvat monimutkaisiin yhdisteisiin, ne usein lisäävät merkittävästi niiden aktiivisuutta. Esimerkiksi kupari-ionit ovat vähemmän aktiivisia kuin rauta-ionit, mutta ne ovat sitoutuneet ammoniakkikomplekseihin 2+ , ne aiheuttavat H:n nopean hajoamisen 2 O 2 . Mn-ioneilla on samanlainen vaikutus 2+ sitoutunut komplekseihin tiettyjen orgaanisten yhdisteiden kanssa. Näiden ionien läsnä ollessa oli mahdollista mitata reaktioketjun pituus. Tätä varten mittasimme ensin reaktionopeuden hapen vapautumisnopeudella liuoksesta. Sitten hyvin alhainen pitoisuus (noin 10 5 mol/l) estäjä aine, joka reagoi tehokkaasti vapaiden radikaalien kanssa ja siten katkaisee ketjun. Hapen vapautuminen pysähtyi välittömästi, mutta noin 10 minuutin kuluttua, kun kaikki inhibiittori oli käytetty, se jatkui taas samaan tahtiin. Tietäen reaktionopeuden ja ketjun päättymisnopeuden, on helppo laskea ketjun pituus, joka osoittautui 10 3 linkkejä Suuri ketjun pituus määrää H-hajoamisen korkean tehokkuuden 2 O 2 tehokkaimpien katalyyttien läsnä ollessa, jotka tuottavat vapaita radikaaleja suurella nopeudella. Ilmoitetulla ketjun pituudella hajoamisnopeus H 2 O 2 itse asiassa kasvaa tuhat kertaa.Joskus havaittava H:n hajoaminen
2 O 2 aiheuttaa jopa jälkiä epäpuhtauksista, jotka ovat melkein havaitsemattomia analyyttisesti. Siten yhdeksi tehokkaimmista katalyyteistä osoittautui metalliosmiumin sooli: sen voimakas katalyyttinen vaikutus havaittiin jopa laimennuksella 1:10 9 , eli 1 g Os per 1000 tonnia vettä. Aktiiviset katalyytit ovat palladiumin, platinan, iridiumin, kullan, hopean sekä joidenkin metallien kiinteiden oksidien MnO kolloidisia liuoksia. 2, Co 2O 3, PbO 2 jne., jotka eivät sinänsä muutu. Hajoaminen voi edetä erittäin nopeasti. Joten jos pieni ripaus MnO:ta 2 pudota koeputkeen 30-prosenttisella H-liuoksella 2 O 2 , höyrypylväs purskahtaa ulos koeputkesta nesteroiskeella. Konsentroituneemmilla liuoksilla tapahtuu räjähdys. Hajoaminen tapahtuu hiljaisemmin platinan pinnalla. Tässä tapauksessa pinnan tila vaikuttaa voimakkaasti reaktionopeuteen. Saksalainen kemisti Walter Spring johti 1800-luvun lopulla. sellainen kokemus. Perusteellisesti puhdistetussa ja kiillotetussa platinakupissa 38 % H:n liuoksen hajoamisreaktio 2 O 2 ei mennyt edes 60°C lämmitettynä. Jos teet neulalla tuskin havaittavan naarmun kupin pohjaan, niin jo kylmä (12°C) liuos alkaa vapauttaa happikuplia raaputuskohdassa, ja kuumennettaessa hajoaminen tätä paikkaa pitkin voimistuu huomattavasti. Jos tällaiseen liuokseen lisätään sienistä platinaa, jolla on erittäin suuri pinta-ala, räjähdysmäinen hajoaminen on mahdollista.H:n nopea hajoaminen
2 O 2 voidaan käyttää tehokkaaseen luentokokeen, jos liuokseen lisätään pinta-aktiivista ainetta (saippuaa, shampoota) ennen katalyytin lisäämistä. Vapautunut happi muodostaa täyteläisen valkoisen vaahdon, jota on kutsuttu "norsun hammastahnaksi".Jotkut katalyytit käynnistävät H:n ei-ketjuisen hajoamisen
202, esimerkiksi: H 2O 2 + 2I + 2H + ® 2H 2O + I 2® 2I + 2H + + O 2. Ei-ketjureaktio tapahtuu myös Fe-ionien hapettumisen tapauksessa 2+ happamissa liuoksissa: 2FeSO 4 + H 2 O 2 + H 2 SO 4 ® Fe 2 (SO 4) 3 + 2 H 2 O. Koska vesiliuokset sisältävät lähes aina pieniä määriä erilaisia katalyyttejä (lasin sisältämät metalli-ionit voivat myös katalysoida hajoamista), H-liuokset 2 O 2 , jopa laimennettuna, pitkäaikaisen varastoinnin aikana lisätään inhibiittoreita ja stabilointiaineita, jotka sitovat metalli-ioneja. Tässä tapauksessa liuokset ovat hieman happamia, koska puhtaan veden vaikutus lasiin tuottaa heikosti emäksisen liuoksen, joka edistää H:n hajoamista. 202. Kaikki nämä H:n hajoamisen piirteet 2 O 2 antaa ristiriidan ratkaista. Saadaksesi puhdasta H 2 O 2 tislaus on suoritettava alennetussa paineessa, koska aine hajoaa kuumennettaessa yli 70 ° C:een ja jopa, vaikkakin hyvin hitaasti, huoneenlämpötilassa (kuten Chemical Encyclopediassa todetaan, nopeudella 0,5% vuodessa). Miten tässä tapauksessa saatiin samassa tietosanakirjassa esiintyvä kiehumispiste 150,2°C:n ilmanpaineessa? Yleensä tällaisissa tapauksissa käytetään fysikaalis-kemiallista lakia: nesteen höyrynpaineen logaritmi riippuu lineaarisesti käänteislämpötilasta (Kelvinin asteikolla), joten jos mittaat tarkasti höyrynpaineen H 2 O 2 useissa (alhaisissa) lämpötiloissa on helppo laskea, missä lämpötilassa tämä paine saavuttaa 760 mm Hg. Ja tämä on kiehumispiste normaaleissa olosuhteissa.Teoreettisesti OH-radikaalit
. voi muodostua myös initiaattoreiden puuttuessa heikomman OO-sidoksen katkeamisen seurauksena, mutta tämä vaatii melko korkean lämpötilan. Huolimatta suhteellisen alhaisesta energiasta tämän sidoksen katkaisemisessa H-molekyylissä 2 O 2 (se on 214 kJ/mol, mikä on 2,3 kertaa vähemmän kuin HOH-sidoksessa vesimolekyylissä), OO-sidos on silti tarpeeksi vahva vetyperoksidin olevan ehdottoman stabiili huoneenlämpötilassa. Ja jopa kiehumispisteessä (150 °C) sen pitäisi hajota hyvin hitaasti. Laskelma osoittaa, että milloinTässä lämpötilassa 0,5 %:n hajoamisen pitäisi myös tapahtua melko hitaasti, vaikka ketjun pituus olisi 1000 lenkkiä. Laskelmien ja kokeellisten tietojen välinen ristiriita selittyy nesteen ja reaktioastian seinämien pienimpien epäpuhtauksien aiheuttamalla katalyyttisellä hajoamisella. Siksi useiden kirjoittajien mittaama H:n hajoamisen aktivointienergia 2 O 2 aina merkittävästi vähemmän kuin 214 kJ/mol jopa "katalyytin puuttuessa". Itse asiassa hajoamiskatalyyttiä on aina läsnä, sekä merkityksettömien epäpuhtauksien muodossa liuoksessa että astian seinämien muodossa, minkä vuoksi vedettömän H:n kuumentaminen 2 O 2 kiehuminen ilmakehän paineessa aiheutti toistuvasti räjähdyksiä.Joissakin olosuhteissa H:n hajoaminen
2 O 2 tapahtuu hyvin epätavallisesti, esimerkiksi jos kuumennat H-liuosta 2 O 2 kaliumjodaatti KIO:n läsnä ollessa 3 , sitten tietyillä reagenssipitoisuuksilla havaitaan värähtelevä reaktio, jossa hapen vapautuminen pysähtyy ajoittain ja jatkuu sitten 40 - 800 sekunnin ajan.H:n kemialliset ominaisuudet 202. Vetyperoksidi on happo, mutta erittäin heikko. Dissosiaatiovakio H 2 O 2 H + + HO 2 25 °C:ssa on yhtä suuri kuin 2,4 10 12 , mikä on 5 suuruusluokkaa pienempi kuin H 2 S. Keskipitkät suolat H 2 O 2 alkali- ja maa-alkalimetalleja kutsutaan yleensä peroksideiksi ( cm. PEROKSIDIT). Veteen liuotettuna ne hydrolysoituvat lähes kokonaan: Na 2 O 2 + 2H 2 O ® 2NaOH + H 2 O 2 . Liuosten happamoittaminen edistää hydrolyysiä. Kuten happo H 2 O 2 muodostaa myös happosuoloja, esimerkiksi Ba(HO 2) 2, NaHO 2 jne. Happosuolat ovat vähemmän herkkiä hydrolyysille, mutta hajoavat helposti kuumennettaessa vapauttaen happea: 2NaHO 2® 2NaOH + O 2 . Alkali vapautui, kuten H 2 O 2 , edistää hajoamista.Ratkaisut H
2 O 2 , erityisesti tiivistetyillä, on voimakas hapettava vaikutus. Siten 65-prosenttisen H-liuoksen vaikutuksesta 2 O 2 paperilla, sahanpurulla ja muilla syttyvillä aineilla ne syttyvät. Vähemmän tiivistetyt liuokset poistavat väriä monista orgaanisista yhdisteistä, kuten indigon. Formaldehydin hapettuminen tapahtuu epätavallisesti: H 2 O 2 ei pelkisty vedeksi (kuten tavallista), vaan vapaaksi vedyksi: 2HCHO + H 2 O 2 ® 2НСООН + Н 2 . Jos otat 30-prosenttista H-liuosta 2 O 2 ja 40-prosenttinen HCHO-liuos, sitten lievän kuumennuksen jälkeen alkaa raju reaktio, neste kiehuu ja vaahtoaa. H:n laimennettujen liuosten hapettava vaikutus 2 O 2 on voimakkain happamassa ympäristössä, esimerkiksi H 2 O 2 + H 2 C 2 O 4 ® 2H 2 O + 2CO 2 , mutta hapettuminen on mahdollista myös emäksisessä ympäristössä:Na + H202 + NaOH® Na2; 2K3 + 3H2O2® 2KCrO4 + 2KOH + 8H2O. Mustan lyijysulfidin hapetus valkoiseksi sulfaatiksi PbS+ 4H 2 O 2 ® PbSO 4 + 4H 2 O:ta voidaan käyttää vanhojen maalausten värjäytyneen lyijynvalkoisen palauttamiseen. Valon vaikutuksesta suolahappo hapettuu myös: H202 + 2HCl® 2H20 + Cl2. H2O2:n lisääminen hapoille lisää huomattavasti niiden vaikutusta metalleihin. Siten seoksessa H 2 O 2 ja laimenna H 2 SO 4 kupari, hopea ja elohopea liukenevat; happamassa ympäristössä jodi hapettuu jaksohapoksi HIO 3 , rikkidioksidi rikkihapoksi jne.Epätavallisesti viinihapon kaliumnatriumsuolan (Rochelle-suola) hapettuminen tapahtuu kobolttikloridin läsnä ollessa katalyyttinä. Reaktion aikana KOOC(CHOH)
2 COONa + 5H 2O 2® KHCO 3 + NaHCO 3 + 6H 2 O + 2CO 2 vaaleanpunainen CoCl 2 muuttaa värin vihreäksi, koska tartraatin, viinihappoanionin, kanssa muodostuu monimutkainen yhdiste. Reaktion edetessä ja tartraatti hapettuu, kompleksi tuhoutuu ja katalyytti muuttuu jälleen vaaleanpunaiseksi. Jos katalyyttinä käytetään kuparisulfaattia kobolttikloridin sijasta, välituote värjäytyy lähtöreagenssien suhteesta riippuen oranssiksi tai vihreäksi. Kun reaktio on päättynyt, kuparisulfaatin sininen väri palautuu.Vetyperoksidi reagoi täysin eri tavalla voimakkaiden hapettimien läsnä ollessa sekä aineita, jotka vapauttavat helposti happea. Tällaisissa tapauksissa N
2 O 2 voi toimia myös pelkistimenä vapauttaen samanaikaisesti happea (ns. H:n pelkistävä hajoaminen 2 O 2 ), esimerkiksi: 2KMnO4 + 5H202 + 3H2S04® K2S04 + 2MnS04 + 502 + 8H20;Ag 2 O + H 2 O 2
® 2Ag + H 2O + O 2; O3 + H2O2® H20 + 2O2; ® NaCl + H 2O + O 2. Viimeinen reaktio on mielenkiintoinen, koska se tuottaa virittyneitä happimolekyylejä, jotka lähettävät oranssia fluoresenssia ( cm. AKTIIVINEN KLOORI). Samoin metallista kultaa vapautuu kultasuolojen liuoksista, metallista elohopeaa saadaan elohopeaoksidista jne. Tällainen epätavallinen ominaisuus 2 O 2 mahdollistaa esimerkiksi kaliumheksasyanoferraatin (II) hapettamisen ja sitten olosuhteita muuttamalla palauttaa reaktiotuotteen alkuperäiseksi yhdisteeksi samaa reagenssia käyttäen. Ensimmäinen reaktio tapahtuu happamassa ympäristössä, toinen emäksisessä ympäristössä:2K 4 + H 2O 2 + H 2SO 4® 2K3 + K2S04 + 2H20;2K3 + H2O2 + 2KOH
® 2K 4 + 2H 2O + O 2.("Kaksoishahmo" N 2 O 2 antoi yhden kemian opettajan verrata vetyperoksidia kuuluisan englantilaisen kirjailijan Stevensonin tarinan sankariin. Tohtori Jekyllin ja herra Hyden outo tapaus, keksimänsä sävellyksen vaikutuksen alaisena hän saattoi muuttaa hahmoaan dramaattisesti, muuttuen kunniallisesta herrasmiehestä verenhimoiseksi hulluksi.)H2O2:n saaminen. Molekyylit H2O2 niitä saadaan aina pieniä määriä erilaisten yhdisteiden palamisen ja hapettumisen aikana. Poltettaessa H 2 O 2 muodostuu joko poistamalla vetyatomeja lähtöyhdisteistä välituotehydroperoksidiradikaaleilla, esimerkiksi: HO 2 . + CH4® H2O2 + CH3 . tai aktiivisten vapaiden radikaalien rekombinaation seurauksena: 2OH. ® Н 2 О 2 , Н . + MUTTA 2 . ® H 2 O 2 . Esimerkiksi jos happi-vetyliekki suunnataan jääpalaan, sulanut vesi sisältää huomattavia määriä H 2 O 2 muodostuu vapaiden radikaalien rekombinaation seurauksena (H-molekyylin liekissä 2 O 2 hajoaa välittömästi). Samanlainen tulos saadaan, kun muut kaasut palavat. Koulutus N 2 O 2 voi tapahtua myös alhaisissa lämpötiloissa erilaisten redox-prosessien seurauksena.Teollisuudessa vetyperoksidia ei ole enää pitkään aikaan valmistettu Tenara-menetelmällä bariumperoksidista, vaan käytetään nykyaikaisempia menetelmiä. Yksi niistä on rikkihappoliuosten elektrolyysi. Tässä tapauksessa sulfaatti-ionit hapetetaan anodilla persulfaatti-ioneiksi: 2SO
4 2 2e ® S 2 O 8 2 . Perrikkihappo hydrolysoidaan sitten: H2S2O8 + 2H2O® H202 + 2H2S04. Katodilla tapahtuu, kuten tavallista, vetykehitystä, joten kokonaisreaktiota kuvaa yhtälö 2H 2O® H2O2 + H2 . Mutta tärkein moderni menetelmä (yli 80 % maailman tuotannosta) on joidenkin orgaanisten yhdisteiden, esimerkiksi etyyliantrahydrokinoni, hapetus ilmakehän hapella orgaanisessa liuottimessa, kun taas H2 muodostuu antrahydrokinonista 2 O 2 ja vastaava antrakinoni, joka sitten pelkistetään uudelleen vedyllä katalyytissä antrahydrokinoniksi. Vetyperoksidi poistetaan seoksesta vedellä ja väkevöidään tislaamalla. Samanlainen reaktio tapahtuu käytettäessä isopropyylialkoholia (se tapahtuu hydroperoksidin välimuodostuksen yhteydessä): (CH 3) 2 CHOH + O 2 ® (CH 3) 2 C(UN) OH ® (CH 3) 2 CO + H 2 O 2 . Tarvittaessa saatu asetoni voidaan myös pelkistää isopropyylialkoholiksi.H 2 O 2:n käyttö. Vetyperoksidia käytetään laajalti, ja sen maailmanlaajuinen tuotanto on satoja tuhansia tonneja vuodessa. Sitä käytetään epäorgaanisten peroksidien valmistukseen, rakettipolttoaineiden hapettimena, orgaanisissa synteeseissä, öljyjen, rasvojen, kankaiden, paperin valkaisuun, puolijohdemateriaalien puhdistukseen, arvometallien erottamiseen malmeista (esim. uraani muuntamalla sen liukenematon muoto liukoiseksi), jäteveden käsittelyyn. Lääketieteessä liuokset N 2 O 2 käytetään huuhteluun ja voiteluun limakalvojen tulehduksellisissa sairauksissa (stomatiitti, kurkkukipu), märkivien haavojen hoitoon. Piilolinssikoteloissa on joskus hyvin pieni määrä platinakatalyyttiä asetettuna kanteen. Desinfiointia varten linssit täytetään kynäkoteloon 3-prosenttisella H-liuoksella 2 O 2 , mutta koska tämä ratkaisu on haitallista silmille, kynäkotelo käännetään hetken kuluttua ympäri. Tässä tapauksessa kannen katalyytti hajottaa nopeasti H 2 O 2 puhtaalle vedelle ja hapelle.Ennen oli muodikasta valkaista hiuksia "peroksidilla", nyt on olemassa turvallisempia hiusten värjäysyhdisteitä.
Tiettyjen suolojen läsnä ollessa vetyperoksidi muodostaa eräänlaisen kiinteän "tiivisteen", joka on helpompi kuljettaa ja käyttää. Joten jos lisäät H:ta hyvin jäähdytettyyn kyllästettyyn natriumboraattiliuokseen (booraksi)
2 O 2 läsnäollessa suuria läpinäkyviä natriumperoksoboraatti Na:n kiteitä 2 [(BO 2) 2 (OH) 4 ]. Tätä ainetta käytetään laajalti kankaiden valkaisuun ja pesuaineiden komponenttina. Molekyylit H 2 O 2 , kuten vesimolekyylit, pystyvät tunkeutumaan suolojen kiderakenteeseen muodostaen jotain kiteisten hydraattien kaltaisia peroksohydraatteja, esim. K 2CO 3 3H 2O 2, Na 2CO 3 1,5 H 2 O; jälkimmäinen yhdiste tunnetaan yleisesti nimellä "persol".Niin kutsuttu "hydroperiitti" CO(NH
2) 2 H2O2 on klatraattiyhdiste, joka sisältää H-molekyylejä 2 O 2 ureakidehilan onteloihin.Analyyttisessä kemiassa vetyperoksidia voidaan käyttää joidenkin metallien määrittämiseen. Esimerkiksi jos vetyperoksidia lisätään titaani(IV)-suolan titanyylisulfaatin liuokseen, liuos muuttuu kirkkaan oranssiksi pertitaanihapon muodostumisen vuoksi:
TiOSO4 + H2SO4 + H202® H2 + H2O.Väritön molybdaatti-ioni MoO 42 hapetetaan H202:lla voimakkaan oranssinväriseksi peroksidianioniksi. Hapan kaliumdikromaattiliuos H:n läsnä ollessa 2 O 2 muodostaa perkromihappoa: K2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 + 5 H 2 O 2® H 2 Cr 2 O 12 + K 2 SO 4 + 5 H 2O, joka hajoaa melko nopeasti: H 2Cr2012 + 3H2SO4® Cr 2 (SO 4) 3 + 4 H 2 O + 4O 2. Jos lisäämme nämä kaksi yhtälöä, saamme kaliumdikromaatin pelkistysreaktion vetyperoksidin kanssa:K 2 Cr 2 O 7 + 4 H 2 SO 4 + 5 H 2 O 2® Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 9H 2 O + 4O 2.Perkromihappoa voidaan uuttaa vesiliuoksesta eetterillä (se on paljon stabiilimpaa eetteriliuoksessa kuin vedessä). Eetterikerros muuttuu voimakkaan siniseksi.Ilja Leenson
KIRJALLISUUS Dolgoplosk B.A., Tinyakova E.I. Vapaiden radikaalien syntyminen ja niiden reaktiot. M., Chemistry, 1982Vetyperoksidin kemia ja tekniikka. L., Chemistry, 1984
