 | |
|
........................................................ Задать вопрос – НА ФОРУМЕ ........................................................ Возьми кнопку себе на сайт! ........................................................ © 2001. Design by Grayscale ........................................................ |
Н. Л. Глинка
Пероксид водородаПероксид (перекись водорода) представляет собой бесцветную сиропообразную жидкость
плотностью 1,45 г/см3, затвердевающую при –0,48°C. Это очень непрочное вещество,
способное разлагаться со взрывом на воду и кислород, причем выделяется большое количество
теплоты:
2H2O2 (ж) = 2H2O (ж) + O2 + 197,5 кДжВодные растворы пероксида водорода более устойчивы: в прохладном месте они могут
сохраняться довольно долго. Пергидроль — раствор, который поступает в продажу, —
содержит 30% H2O2. В нем, а также в высококонцентрированных растворах
пероксида водорода содержатся стабилизирующие добавки.
Разложение пероксида водорода ускоряется катализаторами. Если, например, в раствор пероксида
водорода бросить немного диоксида марганца MnO2, то происходит бурная реакция и
выделяется кислород. К катализаторам, способствующим разложению пероксида водорода, принадлежат
медь, железо, марганец, а также ионы этих металлов. Уже следы этих металлов могут вызвать
распад H2O2.
Пероксид водорода образуется в качестве промежуточного продукта при горении водорода, но
ввиду высокой температуры водородного пламени тотчас же разлагается на воду и кислород.
Однако если направить водородное пламя на кусок льда, то в образующейся воде можно обнаружить
следы пероксида водорода.
Пероксид водорода получается также при действии атомарного водорода на кислород.
В промышлености пероксид водорода получают в основном электрохимическими методами,
например, анодным окислением растворов серной кислоты или гидросульфата аммония с последующим
гидролизом образующейся при этом пероксодвусерной кислоты H2S2O8.
Происходящие при этом процессы можно выразить схемой:
2H2SO4 = H2S2O8 + 2H+ + 2e–H2S2O8 + 2H2O = 2H2SO4 + H2O2В пероксиде водорода атомы водорода ковалентно связаны с атомами кислорода, между
которыми также осуществляется простая связь. Строение пероксида водорода можно выразить
следующей структурной формулой:
Молекулы H2O2 обладают значительной полярностью, что является следствием их
пространственной структуры.
В молекуле пероксида водорода связи между атомами водорода и кислорода полярны (вследствие
смещения общих электронов в сторону кислорода). Поэтому в водном растворе под влиянием полярных
молекул воды пероксид водорода может отщеплять ионы водорода, т. е. он обладает кислотными
свойствами. Пероксид водорода — очень слабая двухосновная кислота (K1 = 2,6•10–12);
в водном растворе она распадается, хотя и в незначительной степени, на ионы:
H2O2 <—> H+ + HO2–Диссоциация второй ступени
HO2– <—> H+ + O22–практически не протекает. Она подавляется присутствием воды — вещества, диссоциирующего
с образованием ионов водорода в большей степени, чем пероксид водорода. Однако при связывании
ионов водорода (например, при введении в раствор щелочи) диссоциация по второй ступени
происходит.
С некоторыми основаниями пероксид водорода реагирует непосредственно, образуя соли. Так,
при действии пероксида водорода на водный раствор гидроксида бария выпадает осадок бариевой
соли пероксида водорода:
Ba(OH)2 + H2O2 = BaO2 + 2H2OСоли пероксида водорода называются пероксидами или перекисями. Они состоят из положительно
зараженных ионов металла и отрицательно заряженных ионов O22–.
Степень окисленности кислорода в пероксиде водорода равна –1, т. е. имеет промежуточное
значение между степенью окисленности кислорода в воде (–2) и в молекулярном кислороде (0).
Поэтому пероксид водорода обладает свойствами как окислителя, так и восстановителя, т. е.
проявляет окислительно-восстановительную двойственность. Все же для него более характерны
окислительные свойства, так как стандартный потенциал электрохимической системы
H2O2 + 2H+ + 2e– = 2H2Oв которой H2O2 выступает как окислитель, равен 1,776 В, в то
время как стандартный потенциал электрохимической системы
O2 + 2H+ + 2e– = H2O2в которой пероксид водорода является восстановителем, равен 0,682 В. Иначе говоря пероксид
водорода может окислять вещества, значение электродного потенциала которых не превышает
1,776 В, а восстанавливать только те, значение электродного потенциала которых больше
0,682 В.
В качестве примеров реакций, в которых H2O2 служит окислителем,
можно привести окисление нитрита калия
KNO2 + H2O2 = KNO3 + H2Oи выделение йода из йодида калия:
2KI + H2O2 = I2 + 2KOHКак пример восстановительной способности пероксида водорода укажем на реакции
взаимодействия H2O2 с оксидом серебра (I)
Ag2O + H2O2 = 2Ag + H2O + O2а также с раствором перманганата калия в кислой среде:
2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 5O2 + K2SO4 + 8H2OЕсли сложить уравнения, отвечающие восстановлению пероксида водорода и его окислению,
то получится уравнение самоокисления-самовосстановления пероксида водорода. Это уравнение
процесса разложения пероксида водорода, о котором говорилось выше.
Применение пероксида водорода связано с его окислительной способностью и с безвредностью
продукта его восстановления (H2O). Его используют для отбелки тканей и мехов,
применяют в медицине (3% раствор — дезинфицирующее средство), в пищевой промышленности (при
консервировании пищевых продуктов), в сельском хозяйстве для протравливания семян, а также в
производстве ряда органических соединений, полимров, пористых материалов. Как сильный
окислитель пероксид водорода используется в ракетной технике.
Пероксид водорода применяют также для обновления старых картин, написанных масляными красками и потемневших от времени вследствие превращения свинцовых белил в черный сульфид свинца под действием содержащихся в воздухе следов сероводорода. При промывании таких картин пероксидом водорода сульфид свинца окисляется в белый сульфат свинца. Н. Г. Ключников
Получение пероксида водородаРастворы пероксида водорода. Разбавленные растворы пероксида водорода получают в
лабораториях кислотным расщеплением пероксидов, а в промышленности — электролитическим
методом.
К разбавленной серной кислоте (1:5 или 1:6) небольшими порциями при непрерывном помешивании
и охлаждении прибавляют тщательно растертый и увлажненный пероксид бария. Температура раствора
не должна подниматься выше 30—40°C. Для определения окончания реакции из раствора берут
отдельные пробы и испытывают его на присутствие ионов SO42– раствором
хлорида бария. После окончания разложения в растворе не должно быть также и ионов бария.
Избыток ионов создает щелочную среду, что приводит к быстрому разложению пероксида водорода.
Затем раствор отфильтровывают через плотный фильтр на воронке с отсасыванием. Поскольку
сульфат бария забивает фильтр, раствор осторожно декантируют на фильтр. Для разложения пероксида
бария можно применить также и фосфорную кислоту. Наличие следов фосфат-ионов стабилизирует
пероксид водорода.
Концентрировать полученный раствор перегонкой нельзя, так как значительная часть пероксида
водорода разлагается под влиянием примесей, находящихся в растворе.
Чистый пероксид водорода. Исходным продуктом служит 30-процентный раствор пероксида
водорода (пергидроль). Его перегоняют при давлении примерно 104 Па в обычном
стеклянном перегонном аппарате (на шлифах) с дистилляционной колонкой. Нагревают колбу на
водяной бане при 45—50°C и отгоняют примерно 75% взятой жидкости. В приемник перегоняется
вода и некоторое количество пероксида водорода, в перегонной колбе остается 85—90-процентный
пероксид водорода.
|
