Реакция перекись водорода и вода: Вода и пероксид водорода — HimHelp.ru

Содержание

Тема 14. Вода и перекись водорода

В металлах, атакже в некоторых сульфидных рудах, серу часто определяют методом сжигания при высокой температуре в струе кислорода или с добавкой окислителей, например двуокиси свинца. В последних двух случаях продукты окисления поглощают водой иногда для полного окисления Н ЗОз в Н ЗО необходимо прибавлять к воде перекись водорода. Способы, основанные на сжигании в струе кислорода, удобны тем, что раствор образовавшейся серной кислоты не содержит мешающих ионов. [c.160]

В присутствии гелия (вместо кислорода) образуются водород и перекись водорода вместе с некоторым количеством газообразного кислорода (последний мог возникнуть за счет разложения образовавшейся перекиси водорода). При изменении pH максимум образования перекиси водорода наблюдается при pH 4 весьма вероятно, это обусловлено тем, что перекись водорода обладает максимальной устойчивостью вблизи pH 4 (см. подробно в гл. 9). В интервале температур 10—85° максимальная скорость образования отмечена при 45°. Предложены различные возможные интерпретации этого обстоятельства, включающие влияние температуры на 1) свойства воды, 2) скорость образования центров реакции, 3) скорость роста пузырьков, 4) механизм реакции в пузырьках и 5) скорость разложения перекиси водорода. [c.65]

Ход электролиза осложняется тем, что при действии воды надсерная кислота переходит в кислоту Каро, а последняя дает с водой перекись водорода [c.456]

Перекись водорода — жидкий кислородсодержащий отбеливатель (3%-ный раствор перекиси водорода в воде). Перед тем как приготовить отбеливающий раствор, воду подогревают до 60 °С, а затем выливают в нее перекись водорода (из расчета один стакан на 10 л воды). В этом растворе кипятят белье 15-20 мин при перемешивании. Можно совместить стирку с отбеливанием-для этого в горячий раствор, находящийся в стиральной машине, до погружения в него белья добавляют стакан перекиси водорода и стирают обычным способом 5-8 мин. После отбеливания тщательно полощут белье последовательно в теплой и холодной воде. Перекись водорода -также дезинфицирующий препарат, но более слабый, чем хлорсодержащие отбеливатели. Хранить ее следует в темном и прохладном месте, потому что на свету и при повышенной температуре она со временем разлагается. [c.105]

Анаэробиоз некоторые авторы объясняют тем, что эти микробы не имеют фермента каталазы, разлагающего перекись водорода. Считают, что на первой стадии процесса окисления органического вещества кислородом воздуха образуется перекись водорода, которая является ядом для всех живых существ, но все микробы, кроме анаэробных, способны выделять в среду фермент каталазу, разлагающий перекись водорода на воду и кислород. Анаэробы в присутствии кислорода отравляются перекисью водорода. [c.263]

Дальтон сформулировал также еще один закон, закон простых кратных отношений. Этот закон утверждает, что если два элемента, соединяясь, образуют несколько соединений, то весовые количества одного элемента, соединяющиеся с одним и тем же весовым количеством другого, относятся между собой как небольшие целые числа. Экспериментально установлено, что вода состоит из водорода и кислорода в весовом соотношении 1 8, а перекись водорода состоит из водорода и кислорода в весовом соотношении 1 16. Весовые количества кислорода, соединяющиеся с одним и тем же количеством водорода, равным 1 г, в воде и перекиси водорода будут равны соответственно 8 г и 16 г эти количества кислорода относятся между собой как небольшие целые числа 1 к 2. Это соотношение можно объяснить, исходя из того, что при образовании перекиси водорода (пероксида водорода) с одним атомом водорода соединяется вдвое больше атомов кислорода, чем при образовании воды. Наглядной иллюстрацией этого положения служит рис. 2.1, на котором показаны символы, использованные Дальтоном для обозначения атомов некоторых элементов и молекул соединений. [c.29]

Покрытия на основе ХСПЭ, отвержденные ароматическими диаминами, обладают высокой стойкостью в газообразных и жидких агрессивных средах. Так, в покрытиях по бетону образцы не изменили внешнего вида после выдержки в течение 180 сут в парах азотной, соляной, серной и уксусной кислот [5, 14]. В покрытиях по металлу образцы показали высокую стойкость в агрессивных средах, но только при комнатной температуре. Это связано, по-видимому, с ухудшением адгезии покрытия к металлу при повышении температуры [25, 26] и значительным увеличением скорости диффузии агрессивных сред (в особенности воды) при повышенной температуре. Тем не менее, при 20 °С покрытия на основе ХСПЭ, отвержденные ароматическими диаминами, стойки в таких средах, как 20%-ные соляная и азотная кислоты, 80%-ная и 60%-ная серная кислота, 30%-ная перекись водорода, 40%-ная плавиковая кислота, 85%-ная фосфорная кислота, 40%-ный и 10%-ный раствор едкого натра, насыщенный раствор перманганата калия, изопропиловый спирт, 10%-ная уксусная кислота и 37%-ный формальдегид [26]. Покрытия на основе ХСПЭ, отвержденные ж-фенилендиамином, обладают хорошей атмосферостойкостью, превосходя в этом отношении другие композиции на основе ХСПЭ. [c.166]

Перекись водорода разлагается гораздо легче, образуя в качестве конечных продуктов воду и кислород. Спектроскопические данные указывают на образование гидроксильных радикалов НО — ОН -j- НО -j- ОН К Эта точка зрения подтверждается тем фактом, что фоторазложение перекиси водорода, сенсибилизированное ртутью, может быть использовано для получения гликолей из олефинов (гл. XI, стр. 268—9). [c.127]

Поскольку превращение воды и кислорода в перекись водорода или же воды в перекись водорода и водород является весьма эндотермическим, действие ультразвуковых колебаний, очевидно, нельзя объяснить исключительно тем, что они дают необходимую энергию активации это может быть их основной ролью лишь при некоторых экзотермических реакциях. Количество образующейся перекиси водорода достигает максимума в том случае, когда экспериментальные условия способствуют максимальной кавитации—появлению полостей или пузырьков в жидкости. Эти пузырьки, вероятно, образуются [c.64]

Полученные при этом доли значения ассоциации для компонентов [И8] оказались приемлемыми, хотя несколько завышенными, и совпадение с экспериментальными данными для других концентраций, кроме эквимолекулярной, было удовлетворительным. Доли связанных водородных атомов составляли 0,720 для воды и 0,886 для перекиси водорода. Эти значения, однако, не согласуются с тем положением, что при низких температурах перекись водорода менее полно ассоциирована, чем вода в самой предложенной функции для зависимости степени ассоциации от концентрации подразумевается противоположное соотношение. [c.293]

Проведение радиолиза при повышенных температурах и давлениях приводит к увеличению выхода фенола. Процесс приобретает цепной характер, наблюдаются последействие и торможение возникающими продуктами реакции [80, 81]. Весьма вероятно, что первостепенное значение в происходящих реакциях имеет образующаяся перекись водорода, тем более что удавалось вызвать окисление растворенного бензола без облучения, вводя перекись водорода в воду и нагревая смесь [82]. [c.201]

ТЕМА 14 ВОДА И ПЕРЕКИСЬ ВОДОРОДА Домашняя подготовка [c.85]

Таким образом, этот тип окисления сводится к дегидрированию окисляемого ве-и ества, т. е. к отщеплению от него водорода и присоединению этого водорода к кислороду воздуха, который при этом восстанавливается в перекись водорода, т. е. играет роль акцептора водорода. Перекись водорода затем легко превращается тем или иным путем в воду. [c.224]

Способ ВНИИТНефти хотя и более простой, является в то же время и менее точным, очевидно, в связи с тем, что сернистый ангидрид не успевает полностью поглотиться раствором соды, в то время как применение таких энергичных окислителей, как йод или перекись водорода, дает достаточную гарантию перевода всего количества SO2 в серный ангидрид, полностью поглощаемый водой с образованием серной кислоты. [c.410]

В молекулах воды атомы связаны между собой весьма прочно. Энергия образования молекул из атомов для газообразного состояния воды и температуры 25°Ссоставляет 221,6 ккал/моль (926,3 кДж/моль). Вместе с тем молекулы не имеют слабо связанных электронов (потенциал ионизации молекул НгО равен 12,56 в) и не присоединяют электроны. Вследствие этого вода не обладает в обычных условиях ни свойствами окислителя, ни свойствами восстановителя. Только при взаимодействии с сильными восстановителями, в особенности при высоких температурах, вода играет роль окислителя и реакция протекает с восстановлением водорода до свободного состояния. Еще более затруднены реакции окисления воды. Только действием очень сильных окислителей, таких, например, как свободный фтор Рг или атомарный кислород О, из воды получается непосредственно перекись водорода. [c.38]

Перекиси. Перекиси (пероксиды) составляют своеобразную группу соединений, отличающуюся повышенным содержанием кислорода по сравнению с тем, что можно было бы ожидать, исходя из валентности окисляемого элемента. Примеры HgO — вода (окись водорода), Н2О2—перекись водорода СаО — окись кальция. СаОа — перекись кальция и т. д. [c.496]

П. Десмолазы, или ферменты расщепления (от греч. с1езтоз— связь) они катализируют реакции типа Р—в результате которых происходит глубокий распад органического вещества и разрыв связи между углеродными атомами молекул. К ним относятся в основном все ферменты брожения, расщепляющие углеводы на более простые соединения. Например, зимаза — комплекс ферментов, катализирующих реакции, происходящие при спиртовом брожении карбоксилаза — катализирует реакцию декарбоксилирования карболигаза — синтезирует две альдегидные группы каталаза — разлагает перекись водорода на моле-.кулярный кислород и воду, тем самым защищая клетку от накопления ядовитой перекиси водорода, возникающей как побочный продукт при процессах активации кислорода. [c.526]

Процесс аэробного дыхания является более сложным, так как в нем принимают участие разные ферменты типа дегидраз и окси-даз. Аэробные микроорганизмы также очень разнообразны, поэтому и типов аэробного дыхания много, причем отличаются они друг от друга ферментами, участвующими в окислении субстрата. У микроорганизмов, имеющих окислительные ферменты — пе-роксидазу и каталазу, механизм аэробного дыхания сравнительно прост водород, катализуемый дегидразой, передается кислороду, при этом образуется перекись водорода, которая далее при помощи фермента пероксидазы направляется на окисление специфического субстрата или расщепляется каталазой до молекулярного кислорода и воды, освобождая тем клетку от накопления этого ядовитого вещества. Согласно теории Варбурга решающим условием окисления является активирование кислорода при помощи железа, входящего в состав дыхательного фермента. В протоплазме аэробных микроорганизмов есть и другие группы ферментов — переносчиков кислорода, например, окислительный желтый дыхательный фермент , который легко восстанавливается, присоединяя активированный водород субстрата при помощи дегидраз, а затем вновь окисляется, отдавая водород молекулярному кислороду. При этом образуется перекись водорода. Русский ученый В. И. Палладии впервые поднял вопрос [c.529]

Наконец, если радикалы НО2 экранируются другими продуктами реакции, они могут и не вступить в дальнейшее взаимодействие и остаются тогда в свободном замороженном состоянии. В случае взаимодействия атомов Н с пленкой жидкого озона радикалы НО2 образуются непосредственно в жидкой пленке по реакции 5, диффундируют в глубь пленки и тем самым отводятся из зоны реакции, так что процесс 3 практически не имеет места и в результате этого, в перекисно-радикальном конденсате перекись водорода не присутствует. Конденсат в данном случае состоит из высшей перекиси водорода Н2О4, радикалов НО2 и воды [19]. Во всех остальных случаях радикалы НО2 образуются на твердой поверхности, их подвижность органичена, вероятность реакции 3 значительна. Поэтому в этих случаях наряду с указанными компонентами перекисно-радикального конденсата всегда образуется перекись водорода. [c.44]

После вакуумной разгонки осталась бесцветная прозрачная жидкость, которая откачивалась в течение 1,5 часа при 30° С и 1 мм рт. ст. (перекиси в дестиллате не было получено) и непосредственно после этого исследовалась (выход 5,06 г). Она интенсивно выделяла иод из раствора KJ. Коэфициент рефракции ее оказался тем же, что у двухатомной перекиси изопропилового эфира (По = 1,4368), остальные же физические, а также химические свойства резко отличались. Она обладала меньшим удельным весом ( 4 = 0,947) и молекулярным весом (при криоскопическом определении в бензоле М = 149), значительно более низким содержанием активного кислорода (10,5 мл 0,1 N раствора РеС1з на 0,1 г или 15,8мл на миллимоль вещества), не смешивалась с водой и в пламени горелки сгорала спокойно, без вспышки, сначала синеватым, затем коптящим пламенем. Полученная жидкость давала положительную реакцию на перекись водорода с хромовой кислотой, что связано, повидимому, со способностью ее легко отщеплять перекись водорода. [c.138]

Важнейшим соединением водорода является вода Н О. Наряду с ней существует еще одно кислородное соединение водорода, перекись водорода HgOj. В данной главе будут рассмотрены только эти соединения водорода соединения его с остальными элементами будут описаны при обсуждении каждого элемента. Однако здесь придется изложить еще два особо важных класса водородных соединений — кислоты и основания — и вместе с тем коснуться природы электролитов, к которым относятся кислоты и основания. Последним в области неорганической химии придается особо важное значение. [c.67]

При действии кислорода и влаги на многие металлы образуются небольшие количества перекиси водорода, которую определяли качественно колориметрическим методом, например с титановой солью, или путем эффекта Рассела. Этот эффект основан на том, что фотопластинки весьма чувствительны к очень небольшим количествам перекиси водорода. Так, Рассел показал, что ряд веществ, в том числе различные металлы, особенно после свежей шлифовки поверхности, дают фотографические изображения при выдерживании их вблизи фотопластинки в темноте. Доказано, что это обусловлено выделением перекиси водорода. Перекись водорода по одному из указанных методов обнаружена при окислении следующих металлов цинка, свинца, олова, серебра, ртути, меди, алюминия, кадмия, магния и железа [121, 122]. Вполне вероятно, что она образуется также при окислении многих других металлов. Очень трудно открыть ее на таких металлах, которые являются активными катализаторами разложения перекиси водорода, например на железе, меди и свинце. По-видимому, концентрация перекиси водорода, возникающей при самоокислении металлов, определяется относительными скоростями реакций образования и разложения открытие перекиси водорода тем или иным автором зависит от чувствительности применяемой им методики, а также от условий опыта. Более высокие концентрации перекиси водорода обнаруживаются на поверхностях свежешли-фовапиого металла, а также (по крайней мере в случае алюминия) в слабо-или умереииокислых или слабощелочных водных растворах. В процессе окисления металл приобретает отрицательный потенциал. Анодная поляризация металла подавляет образование перекиси водорода, катодная поляризация способствует этому образованию. Сказать точно, требуется ли обязательно наличие и воды и кислорода для образования перекиси водорода, не представляется возможным, однако весьма вероятно, что требуется. В одном опыте образец алюминия в сухом азоте дал слабое фотографическое изображение, но, вероятно, он адсорбировал кислород и воду (или только воду) из воздуха до помещения в инертную атмосферу. [c.68]

Перекись водорода легко образуется при действии кислорода на ртуть или амальгамированные металлы в кислых растворах или в среде, состоящей в основном из какого-либо спирта. Так, Фармэн и Мюррей [126] показали, что при совместном встряхивании ртути, соляной кислоты и кислорода образуется перекись водорода и однохлористая ртуть, причем в начальных стадиях реакции наблюдается образование некоторого количества соли двухвалентной ртути. При встряхивании ртути с чистой водой и кислородом образуется ртутное соединение, но не перекись. Эти данные могут быть обусловлены тем, что каталитическая активность ртути является минимальной в кислом растворе. Мюллер и Борхман [127] получили растворы, содержащие до 3,77% перекиси водорода, путем введения 3%-ной кадмиевой амальгамы в соприкосновение с кислородом при 0° в среде, состоявшей из этилового спирта и 50%-ной серной кислоты. Одновременно происходило образование и сернокислого кадмия. Были выданы патенты на образование перекиси водорода путем приведения в контакт амальгамы, содержащей около 0,0003%—0,001% щелочного металла, с кислородом в присутствии воды или жидкости типа метилового спирта, содержащей некоторое количество воды [128] одновременно образуется и соответствующая щелочь. Амальгама может быть получена злектролизом соединений щелочных металлов на ртутном катоде или растворением щелочного металла в ртути. [c.69]

Перекись водорода обладает максимальной стабильностью в слабокислых растворах, но она гораздо менее устойчива в щелочной среде, чем в кислых растворах умеренной концентрации (см. стр. 349). Стабильность снижается п и добавке очень малых количеств ионов тяжелых металлов, вроде ионов железа или меди, и твердых частиц, или растворении больших количеств почти любых веществ. Хотя чистая перекись бария сравнительно нерастворима в воде, окись бария, всегда присутствующая в техническом продукте, растворяется с образованием основной среды, и поэтому желательно применять достаточно концентрированную кислоту и вводить ее в контакт с твердой фазой таким образом, чтобы раствор все время был кислым. Целесообразно брать кислоту, которая образует нерастворим ую бариевую соль и таким образом позволяет удалить барий из раствора (например, серную кислоту, двуокись углерода или фосфорную кислоту) вместе с тем при применении этой кислоты необходимо избегать такого образования осадка, при котором происходит обволакивание частиц перекиси бария, что исключает возможность дальнейшей их реакции. Так, практически перекись водорода не обнаружена при введении в реакцию концентрированной серной кислоты с негидратированной перекисью бария при 20° или 10—50%-ной серной кислоты при температурах ниже 0° [5]. Получавшийся твердый остаток содержал большую часть исходной перекиси бария, вероятно, частицы были покрыты нерастворимым сернокислым барием. Если перекись бария до обработки кислотой встряхивать с водой для превращения ее в гидрат ВаОа-вНзО, то образование перекиси водорода улучшается, вероятно в связи с большим удалением частиц перекиси бария друг от друга и лучшей их растворимостью, однако значительная доля исходного активного кислорода может теряться из-за высокой щелочности на стадии гидратации. Поэтому для гидратации пользуются разбавленной соляной или фосфорной кислотой. [c.97]

Еще в 1895 г. Фридель [149] показал, что перекись водорода обладает в инфракрасной области значительным поглощением такой величины, как и поглощение, наблюдаемое в случае с водой. Этот автор измерил только общее количество пропущенного излучения, причем успешное доказательство наличия поглощения обусловлено тем, что примененный им источник излучений (металлический брусок, нагретый до 393°) испускал больше всего лучей с длиной волны 4,4 р, вблизи наиболее интенсивных полос инфракрасного поглощения воды и перекиси водорода. Исследование инфракрасного спектра поглощения перекиси водорода начато только в 1935 г., когда Майоне [150] сравнил интенсивность поглощения излучений с длиной волны 1,0—6,0 х жидкой 36%-ной перекисью водорода и водой. Майоне нашел, что интенсивность полос поглощения воды 1,5 и 2,0 х. в растворе перекиси водорода возрастала, полоса поглощения воды при 3,0 р. становилась более интенсивной и смешалась в сторону более длинных волн в перекиси водорода, полоса же поглощения воды при 4,6 (1 заменялась в перекиси водорода двумя четкими полосами с максимумами при 4,4 и 4,85 р.. Ганц [151] опубликовал результат небольшого числа измерений влияния температуры на инфракрасное поглощение жидкой 30%-ной перекиси водорода для излучения с длиной волны от 0,7 до 0,9 р.. Обнаружено поглощение и в воде и в перекиси водорода близ 0,77 1. Повышение температуры перекиси с 12 до 55° заметно увеличивает интенсивность поглощения. [c.233]

Перекись водорода обладает тем недостатком, что даже при 100%-ной концентрации она содержит лишь 47 вес. % кислорода, который может быть использован для сжигатгия топлива, тогда как в азотной кислоте содержание активного кислорода составляет 63,5%, а для чистого кислорода возможно даже 100%-ное использование. Этот недостаток компенсируется значительным выделением тепла при разложении перекиси водорода 1Ш воду и кислород. Фактически мощности этих трех окислителей или силы тяги, развиваемые единицей веса их, в любой определенной системе и при любом виде горючего могут различаться максимум на 10—20%, а поэтому выбор того или иного окислителя для двухкомпонентной системы обычно определяется другими соображениями. [c.499]

Выделение газа при разложении перекиси водорода или некоторых ее реакциях является основой использования ее в производстве пористых изделий. Она находит, например, применение при изготовлении пористых бетонных строительных блоков, в производстве пенистой резины предложено также применять перекись в. качестве средства для поднятия теста. Для многих из этих видов применения перекись водорода обладает тем преимуществом перед другими химическими веществами, что она может выделять газ без нагревания и образующийся остаток, а именно вода, совершенно безвреден. Перекись водорода может служить также удобным источником чистого кислорода. Газ, образующийся при разложении, можно использовать так же, как флотацион-ньн 1 реагент, например для регенерации бумажной массы из отходов фабрик. [c.509]

Очень часто цитировалась работа Чик [239] 1901 г., с которой начинается ряд работ па эту тему. Чнк приШла к выводу, что молоко можно полностью стерилизовать, добавляя к нему перекись водорода в количестве 0,2 вес.» (в расчете на 100″ -ную). После добавки такого количества иерекиси водо].)ода сначала происходит частичное ее разложение, а затем концентрация сохраняется неизмен1юй в течение длительного времени. Поскольку Чик сообщает, что она в состоянии открыть изменение вкуса молока при наличии в нем 0,01″ перекиси водорода, этот метод стерилизации, по ее мнению, не может претендовать на практическое применение (если обработка достаточна для стерилизации, то молоко теряет вкусовые качества). [c.518]

Вышеприведенный механизм реакций количественно описывает столь сложное явление, каким является радиолиз воды. Тем не менее в реакциях, цроисходяших в растворах с участием продуктов разложения воды, остается много неясного. Например, при исследовании радиолиза воды, в которой исходная концентрация водорода значительно превышала исходную концентрацию кислорода, было установлено, что накопление Н2О2 в растворе происходит лишь до некоторой дозы (в зависимости от начальных концентраций Нг и О2), а затем наблюдается ее разложение. Однако перекись водорода начинает разлагаться лишь после того, как исчезнет весь кислород [67, 68]. Своеобразное торможение реакции разложения перекиси водорода небольшими количествами кислорода связано, по-видимому, с тем, что весь атомарный водород, возникший по реакции [c.93]

Перекись водорода. Со времени открытия второго после воды соединения кислорода с водородом — перекиси водорода — прошло около столетия, но пройдет еще не один десяток лет, прежде чем раз-гадаются все загадки, разрешатся все противоречия в химии перекиси водорода и разъяснится роль в природе этого крайне неустойчивого вещества, тем не менее всегда присутствующего и в дождевой воде, и в снеговом покрове, и в атмосфере. [c.162]

Из третьего уравнения видно, что жидкая перекись водорода превышает своей энергией жидкую воду и газообразный кислород на 23 ккал, т. е. разлагается экзотермически. Жидкая Н2О2 выделяет 13 ккал при реакции разложения на кислород и водяной пар. Простой арифметический подсчет показывает, что при разложении одного кубического сантиметра чистой жидкой перекиси водорода на кислород и воду происходит такое саморазогревание, что вся вода переходит в парообразное состояние, и полученная смесь газообразных кислородных и водяных молекул достигает температуры около 1000°. Вследствие повышения температуры газы расширяются, и, в общем, 1 см жидкой перекиси водорода дает при разложении 7000 сж раскаленных газов. Так как разложение происходит мгновенно с расширением в 7000 раз, то происходит весьма опасный взрыв. Стоит малой доле от всего количества перекиси водорода разложиться, как тепло, выделяющееся при этом разложении, нагреет соседние частицы перекиси водорода, которые в свою очередь от нагревания разложатся, выделят еще тепло и т. д. Реакция, начинавшаяся в одной точке или маленькой капельке перекиси водорода, мгновенно распространяется по всей массе, и получается взрыв, а в присутствии горючих веществ — вспышка. Так, даже 60% раствор Н2О2 при комнатной температуре зажигает древесные опилки и бумагу при соприкосновении с ними. Чем менее концентрирован раствор перекиси водорода, тем менее опасно обращение с этим веществом, так как тепло, получающееся при химической реакции разложения, идет на испарение большой массы воды, которая, как известно, обладает значительной теплоемкостью и скрытой теплотой испарения. Легко подсчитать, что 10% перекись водорода при разложении может себя разогреть до температуры кипения и даже 3% раствор перекиси водорода при разложении может нагреться на 20° выше первоначальной температуры. [c.122]

В водном конденсате обнаружили перекись водорода

Jae Kyoo Lee et al./ Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020

Американские химики обнаружили, что в микрокаплях воды при конденсации образуется перекись водорода. Для этого они охлаждали подложки из кремния, тефлона, стекла и меди во влажной среде: независимо от типа поверхности, перекись водорода всегда появлялась в конденсате с максимальной концентрацией в 68 микромолей на литр. Предположительно, во всем виноваты радикалы OH, однако механизм реакции пока непонятен до конца пишут ученые в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Долгое время считалось, что химические процессы, проходящие внутри воды, ограничиваются ее диссоциацией на ионы гидроксония H₃O⁺ и гидроксила OH^— при комнатной температуре. Однако в прошлом году стэнфордские химики под руководством Ричарда Заре (Richard Zare) обнаружили, что вода не так уж устойчива к окислению: при распылении микрокапель воды образовался пероксид водорода — распространенный агент для окислительно-восстановительных реакций. Тогда они выдвинули несколько гипотез, объясняющих это явление: трибоэлектрический эффект, асимметричное разделение зарядов, контактная электризация и окисление воды вследствие поверхностного электрического потенциала на границе с воздухом.

В новой работе ученые рассмотрели конденсацию капель на охлажденные подложки. Для этого они собрали камеру с контролируемой влажностью и температурой подложки, которая охлаждалась с помощью элемента Пельтье: за процессом конденсации исследователи наблюдали в оптический микроскоп.

В качестве первичной подложки авторы выбрали кремниевую пластину — у нее низкая электропроводность (что важно для чистоты эксперимента) и высокая теплопроводность. Пластину выдерживали при температуре в 3,5 градуса Цельсия при относительной влажности в 55 процентов: за одну минуту на ее поверхности образовались микрокапли жидкости.

Чтобы проверить наличие перекиси в таких каплях, ученые добавили их к раствору 4-карбоксифенилбороновой кислоты: масс-спектрометрия указала на протекание реакции с образованием борной и 4-гидроксибензойной кислот. Далее, чтобы оценить концентрацию перекиси водорода в капельках ученые фотометрически оттитровали оксалат титанила калия: концентрация перекиси составила 68 микромолей на литр (то есть всего 2,3 частицы на миллион частиц воды). Чем дольше ученые выдерживали пластину, тем больше на ней конденсировалась воды — а в больших каплях обнаруженные значения концентрации перекиси неуловимы.

30 секунд конденсации на кремниевой подложке, шкала — 50 микрометров

Jae Kyoo Lee et al./ Proceedings of the National Academy of Sciences, 202

2 минуты конденсации

Jae Kyoo Lee et al./ Proceedings of the National Academy of Sciences, 202

5 минут конденсации

Jae Kyoo Lee et al./ Proceedings of the National Academy of Sciences, 202

Чтобы проверить, появляется ли перекись только на кремниевой подложке, ученые взяли другие материалы — тефлон, стеклянную пластину и полированный медный лист. На каждой поверхности они обнаружили перекись, однако на кремниевой подложке ее выделилось больше всего. Для более точной проверки влияния поверхности подложки на появление перекиси химики модифицировали поверхность кремния тремя способами: нанесли на поверхность гидрофобное вещество (1,7-дихлоро-октаметилтетрасилоксан), обработали ее кислородной плазмой и протравили лазером.

На гидрофобной поверхности вода осаждается медленнее, а потому перекиси в течение двух минут конденсации воды выделялось меньше, чем у необработанной поверхности кремния. Обработанная кислородной плазмой поверхность — гидрофильная: она сразу впитала в себя из воздуха воду, что не позволило уловить малые концентрации пероксида водорода. Протравленная поверхность кремния усилила ее изначальные свойства, которые были преимущественно гидрофильными: конденсация воды на такую поверхность ускорилась, максимум выработки перекиси наблюдался при 30 секундах выдержки (против двух минут в изначальном эксперименте).

Оптические фотографии воды на разных поверхностях: слева — гидрофобная, посередине — гидрофильная, справа — протравленная лазером

Jae Kyoo Lee et al./ Proceedings of the National Academy of Sciences, 202

Также ученые проверили влияние влажности воздуха, освещенности камеры и температуру подложки. При 40 процентах относительной влажности концентрация перекиси была в четыре раза меньше, чем при 55 и 70 процентах. Излучение света не повлияло на образование перекиси водорода, а больше всего H₂O₂ образовывалось при изначально подобранной температуре в 3,5 градуса Цельсия.

Образование перекиси в капельках воды, таким образом, происходит не только в лабораторных условиях, но и при вполне распространенных. Ученые не смогли установить правдоподобную причину такого явления, однако предположили, что дело может быть в процессах нуклеации и роста капель на поверхности подложки. При этом капли, в которых образуется пероксид водорода, были не больше десяти микрометров.

Авторы так же считают, что во всем могут быть виноваты радикалы OH, которые образуются из-за двойного электрического слоя между водой и воздухом (не так давно, китайские ученые обнаружили на границе между водой и маслом электрическое поле с напряженностью в 10⁷ вольт на сантиметр). Исследователи считают, что их находка поможет с синтезом пероксида водорода in situ, который и при небольших концентрациях сможет очистить и обеззаразить поверхность.

То, что в воде есть перекись водорода, может немного напугать: все же большая и средняя концентрации перекиси могут навредить человеческому организму. Как выяснили пять лет назад сингапурские и американские ученые, некоторые штаммы пневмококка Streptococcus pneumoniae выделяют пероксид водорода в клетки эпителия легких, который вызывает двухцепочечный разрыв ДНК. Стоит учесть, однако, что в питьевой воде концентрация перекиси водорода очень мала — и человеку навредить не может.

Артем Моськин

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА

Григорьева Н.Г. 1

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Введение

Перекись водорода (систематическое наименование — пероксид водорода, H₂O₂) — это самое первое из открытых соединений подобного вида. Вещество представляет собой несимметричную молекулу, состоящую из атомов водорода и кислорода, с образованием сильных полярных связей (Приложение 1). Ими обусловлены основные физико-химические свойства перекиси водорода, ее реакционная способность и активность в качестве растворителя. Перекись водородасчитается одним из сильнейших окислителей, в связи с чем это вещество получило широкое распространение, как в бытовых, так и в промышленных целях.

На бытовом уровне пероксид водорода используется в качестве эффективного антисептика для обработки открытых ран и других травм. Установлено, что растворы с концентрацией в 1 % способны полностью убивать большинство патогенных микроорганизмов, не угнетая активность клеток человеческого организма. Кроме того, пероксид водорода обладает способностью мягко очищать ткани от инородных включений. Весьма часто слабые растворы пероксида используются для обесцвечивания волос и пигментных пятен на коже, что может негативно сказаться на состоянии роговых покровов.

Промышленная сфера применения перекиси водорода значительно шире. Благодаря высоким реакционным свойствам это вещество широко используется в качестве катализатора или восстановителя в различных реакциях, в том числе — для очистки металлов. Пероксид водорода является незаменимым компонентом большинства средств бытовой химии, а также используется в пищевой промышленности в качестве безопасного антисептика. Также это вещество нашло применение в сфере энергетики: его используют в качестве окислителя для ракетного топлива, торпед и турбин.

Актуальность. Пероксид водорода интересен, во-первых, двоякостью своих свойств: с одной стороны, это типичный окислитель, но с другой стороны, при определенных условиях он проявляет восстановительные свойства. Интересно, как ведет себя соединение с необычной степенью окисления кислорода (–1). Во-вторых, его слабые растворы часто применяются в быту, а с другой стороны — учёные 19-го века не раз отмечали опасность чистого пероксида водорода.

Цель работы: изучить физические и химические свойства пероксида водорода.

Для достижения указанной цели поставлены следующие основные задачи:

выяснить историю открытия и получения H₂O₂;

узнать, какие физические и химические свойства характерны для исследуемого объекта;

провести эксперимент по исследованию окислительно-восстановительных свойств;

обобщить полученные сведения в учебной исследовательской работе.

Гипотеза исследования: если всесторонне изучить свойства пероксида водорода, то можно гарантировать правильное использование этого соединения.

Объект: растворы пероксида водорода различной концентрации

Предмет: исследование свойств пероксида водорода в лабораторных условиях.

Методы: эксперимент, наблюдение, сравнение, анализ результатов.

Теоретическая часть

1. Открытие пероксида водорода (историческая справка)

Впервые пероксид водорода получил в 1818 французский химик Луи Жак Тенар (1777 – 1857), действуя сильно охлажденной соляной кислотой на пероксид бария:

BaO₂ + 2HCl = BaCl₂ + H₂O₂

Пероксид бария, в свою очередь, получали сжиганием металлического бария. Для выделения из раствора Н₂О₂. Тенар удалил из него образовавшийся хлорид бария:

BaCl₂ + Ag₂SO₄ = 2AgCl↓ + BaSO₄

Чтобы не использовать дорогую соль серебра, в последующем для получения H₂O₂использовали серную кислоту, поскольку при этом сульфат бария остается в осадке:

BaO₂ + H₂SO₄ = BaSO₄↓ + H₂O₂

Иногда применяли другой способ: пропускали углекислый газ во взвесь ВаО₂ в воде, поскольку карбонат бария также нерастворим:

BaO₂ + H₂O + CO₂ = BaCO₃↓ + H₂O₂

Этот способ предложил французский химик Антуан Жером Балар (1802–1876), прославившийся открытием нового химического элемента брома (1826).

Применяли и более экзотические методы, например, действие электрического разряда на смесь 97% кислорода и 3% водорода при температуре жидкого воздуха (около –190° С), так был получен 87%-ный раствор H₂O₂.

Концентрировали H₂O₂ путем осторожного упаривания очень чистых растворов на водяной бане при температуре не выше 70–75 °С – так можно получить примерно 50%-ный раствор. Сильнее нагревать нельзя – происходит разложение H₂O₂,поэтому отгонку воды проводили при пониженном давлении, используя сильное различие в давлении паров (и, следовательно, в температуре кипения) Н₂О и Н₂О₂. Так, при давлении 15 мм рт.ст. сначала отгоняется в основном вода, а при 28 мм рт.ст. и температуре 69,7°С, отгоняется чистый пероксид водорода. Другой способ концентрирования – вымораживание, так как при замерзании слабых растворов лед почти не содержит Н₂О₂. Окончательно можно обезводить поглощением паров воды серной кислотой на холоде под стеклянным колоколом.

Многие исследователи 19 века, получавшие чистый пероксид водорода, отмечали опасность этого соединения. Так, когда пытались отделить Н₂О₂ от воды путем экстракции из разбавленных растворов диэтиловым эфиром с последующей отгонкой летучего эфира, полученное вещество иногда без видимых причин взрывалось. В одном из таких опытов немецкий химик Ю.В.Брюль получил безводный Н₂О₂, который обладал запахом озона и взорвался от прикосновения неоплавленной стеклянной палочки. Несмотря на малые количества Н₂О₂(всего 1–2 мл), взрыв был такой силы, что пробил круглую дыру в доске стола, разрушил содержимое его ящика, а также стоящие на столе и поблизости склянки и приборы.

2. Физические свойства

Чистый пероксид водорода очень сильно отличается от знакомого всем 3%-ного раствораH₂O₂. Прежде всего, он почти в полтора раза тяжелее воды (плотность при 20°С равна 1,45 г/см³). ЗамерзаетH₂O₂при температуре немного меньшей, чем температура замерзания воды – при минус 0,41° С, но если быстро охладить чистую жидкость, она обычно не замерзает, а переохлаждается, превращаясь в прозрачную стеклообразную массу. Растворы H₂O₂замерзают при значительно более низкой температуре: 30%-ный раствор – при минус 30°С, а 60%-ный – при минус 53°С. Кипит H₂O₂ при температуре более высокой, чем вода – при 150,2° С. На коже чистый пероксид водорода и его концентрированные растворы оставляют белые пятна и вызывают ощущение жгучей боли из-за сильного химического ожога.

В статье, посвященной получению пероксида водорода, Тенар не очень удачно сравнил это вещество с сиропом, возможно, он имел в виду, что чистый H₂O₂, как и сахарный сироп, сильно преломляет свет. Действительно, коэффициент преломления безводногоH₂O₂(1,41) намного больше, чем у воды (1,33). Однако, то ли в результате неверного толкования, то ли из-за плохого перевода с французского, практически во всех учебниках до сих пор пишут, что чистый пероксид водорода – «густая сиропообразная жидкость», и даже объясняют это теоретически – образованием водородных связей. Но ведь вода тоже образует водородные связи. На самом деле вязкость у H₂O₂ такая же, как и у чуть охлажденной (примерно до 13° С) воды, но нельзя сказать, что прохладная вода густая, как сироп.

3. Химические свойства

Для перекиси водорода характерно наличие одновременно окислительных и восстановительных свойств, что объясняется особым состоянием атомов кислорода в молекуле этого вещества. Тем не менее, перекись водорода более охотно проявляет окислительные свойства при взаимодействии с металлами, гидроксидами, солями, щелочами.

При этом образуются оксиды или пероксиды других соединений, а перекись водорода восстанавливается до воды. В присутствии других сильных окислителей (кислот или активных соединений) пероксид водорода проявляет свойства восстановителя, что может быть использовано в целях очистки соединений от примесей.

Окислительно-восстановительные свойства

В молекулах пероксида водорода H₂O₂ атомы кислорода находятся в степени окисления –1. Это промежуточная и не самая устойчивая степень окисления атомов этого элемента, поэтому пероксид водорода проявляет и окислительные, и восстановительные свойства.

Окислительно-восстановительная активность этого вещества зависит от концентрации. В обычно используемых растворах с массовой долей 20% пероксид водорода довольно сильный окислитель, в разбавленных растворах его окислительная активность снижается. Восстановительные свойства для пероксида водорода менее характерны, чем окислительные, и также зависят от концентрации.

Пероксид водорода – очень слабая кислота, поэтому в сильнощелочных растворах его молекулы превращаются в гидропероксид-ионы.

В зависимости от реакции среды и от того, окислителем или восстановителем является пероксид водорода в данной реакции, продукты окислительно-восстановительного взаимодействия будут разными.

4. Получение

На сегодняшний день пероксид водорода получают на основе реакции с антрахиноном. Концентрация получаемого раствора варьирует в пределах от 20 до 40%. При необходимости концентрацию можно увеличить до 50-70% с помощью вакуумного дистиллятора. В вакуумном дистилляторе создается пониженное давление, в результате чего вода испаряется при температуре ниже 100 °С, в то время как пероксид водорода, температура кипения которого при нормальных условиях составляет 150,2 °С, остается в растворе. Конечный продукт хранится и транспортируется в цистернах, изготовленных из нержавеющей стали или из алюминия.

За счет добавления стабилизатора в раствор пероксида водорода мы имеем возможность значительно продлять срок его хранения, удается добиться того, чтобы за месяц распаду подвергалось менее 0,1 % вещества. Подобную защиту обеспечивают такие вещества, как станнат натрия (Nа₂SnO₃·ЗН₂0) и различные фосфаты, которые связывают все металлы, находящиеся в растворе, и не дают им катализировать разложение перекиси.

5. Применение

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 (Приложение 2). Применяется как ракетное топливо, в качестве окислителя или как однокомпонентное (с разложением на катализаторе), в том числе для привода турбонасосных агрегатов. Используется в аналитической химии, в качестве пенообразователя при производстве пористых материалов, в производстве дезинфицирующих и отбеливающих средств.

При обработке ран пероксид водорода может мешать заживлению и способствовать образованию рубцов из-за разрушения новообразующихся клеток кожи. Однако в качестве средства для очистки глубоких ран сложного профиля, 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.

Пероксид водорода применяется также для отбеливания зубов и обесцвечивания волос, эффект в обоих случаях основан на окислении.

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.

Практическая часть.

Исследование химических свойств пероксида водорода (Приложение 3)

1. Пероксид водорода – кислота, но очень слабая. Пробуем подтвердить это. Добавляем индикатор к щелочи, затем пероксид. Светло-розовый (из-за наличия фенолфталеина) раствор гидроксида натрия обесцвечивается при добавлении пероксида водорода

2NaOH + H₂O₂ = Na₂O₂ + 2H₂O

2.Необычно идет окисление формальдегида: Н₂О₂ восстанавливается не до воды (как обычно), а до свободного водорода:

2НСНО + Н₂О₂ → 2НСООН + Н₂

Если взять 30%-ный раствор Н₂О₂ (гидроперит) и 40%-ный раствор НСНО (формалин), то после небольшого подогрева начинается бурная реакция, жидкость вскипает и пенится.

3.Окислительное действие разбавленных растворов Н₂О₂ больше всего проявляется в кислой среде, например, при взаимодействии со щавелевой кислотой.

H₂O₂ + H₂C₂O₄ = 2H₂O + 2CO₂↑

Наблюдали выделение бесцветного газа.

4.Под действием света идет окисление и соляной кислоты:

H₂O₂ + 2HCl = 2H₂O + Cl₂↑

Небольшое выделение желто-зеленого газа.

5.Добавление Н₂О₂к кислотам сильно увеличивает их действие на металлы. При добавлении разбавленной серной кислоты к меди реакция не идет (медь – неактивный металл), но в случае добавления пероксида медь начинает растворяться, при нагревании этот процесс ускорился, выделился газ, а раствор стал светло-голубым.

Cu + H₂SO₄ + H₂O₂ = CuSO₄ + 4H₂O + O₂↑

6. Необычно происходит окисление калий-натриевой соли винной кислоты (сегнетовой соли) в присутствии сульфата кобальта в качестве катализатора. В ходе реакции розовый CoSO₄ изменяет цвет на зеленый из-за образования комплексного соединения с тартратом – анионом винной кислоты. По мере протекания реакции и окисления тартрата комплекс разрушается, и катализатор снова розовеет.

KOOC(CHOH)₂COONa + 5H₂O₂ → KHCO₃ + NaHCO₃ + 6H₂O + 2CO₂↑

Если вместо соли кобальта использовать в качестве катализатора медный купорос CuSO₄ ∙ 5H₂O, то промежуточное соединение, в зависимости от соотношения исходных реагентов, будет окрашено в оранжевый или зеленый цвет. После окончания реакции восстанавливается синий цвет медного купороса.

2. Особенности окислительно-восстановительной активности

7. Реакции с перманганатом калия в разных средах

а) в нейтральной среде:

2KMnO₄+ 3H₂O₂ = 2MnO₂+ 3O₂↑+ 2KOH + 2H₂O

Наблюдается выпадение коричневого осадка и выделение бесцветного газа.

б) в кислой среде:

при добавлении пероксида розовый раствор перманганата калия начинает быстро светлеть: соль, придававшая окраску раствору, вступает в реакцию и образует соединения, неспособные окрашивать раствор.

2KMnO₄+ 7H₂O₂+ 3H₂SO₄= 2MnSO₄ + 6O₂↑ +K₂SO₄ + 10H₂O

в) в щелочной среде:

2KMnO₄+ H₂O₂+ 4NaOH = 2Na₂MnO₄ + 2KOH + 2H₂O + O₂↑

При добавлении гидроксида натрия раствор перманганата посветлел, после добавления пероксида водорода приобрёл желтоватый оттенок, выделился газ.

8. Реакции с хроматом калия в разных средах

а) в нейтральной среде:

2K₂CrO₄ + 3H₂O₂+ 2Н2О= 2Cr(OН)₃↓ + 3O₂↑ + 4KOH

Жёлтый раствор хромата калия после добавления перекиси помутнел, образовался осадок, выделился газ.

б) в кислой среде:

2K₂CrO₄ + 3H₂O₂ + 5H₂SO₄ = Cr₂(SO₄₎₃ + 3O₂↑ + 8H₂O + 2K₂SO₄

После добавления серной кислоты желтый раствор становится более ярким. При добавлении перекиси водорода приобретает зелёный оттенок, со временем светлеет.

в) в щелочной среде:

2K₂CrO₄+5H₂O₂+2KOH=2K₃[Cr(OH)₆]+4O₂

При добавлении перекиси в смесь растворов гидроксида натрия и хромата калия особых изменений не наблюдалось.

9. Реакции с дихроматом калия в разных средах

а) в нейтральной среде:

K₂Cr₂O₇ + 3H₂O₂+ Н₂О = 2Cr(OН)₃ + 2KOH + 3O₂↑

При добавлении перекиси в водный раствор дихромата калия стали подниматься пузырьки газа, раствор приобрёл коричневый цвет, из-за полученного гидроксида хрома (III).

б) вкислойсреде:

K₂Cr₂O₇ + 4H₂SO₄ + 3H₂O₂= Cr₂(SO₄₎₃ + K₂SO₄ + 7H₂O + 3O₂↑

После добавления пероксида водорода в смесь серной кислоты и дихромата калия раствор под влиянием сульфата хрома (III) сталярко-синим, а после посветлел.

в) в щелочной среде:

K₂Cr₂O₇ + 3H₂O₂ + 4КOH+ H₂O = 2K₃[Cr(OH)₆]+ 3O₂

При проведении реакции особых признаков выявлено не было.

10. Реакция с сульфидом свинца

При добавлении нитрата свинца в водный раствор сульфида натрия выпал черный осадок сульфида свинца

Pb(NO₃₎₂ + Na₂S = PbS + 2NaNO₃

После добавления пероксида он превратился в белый творожистый осадок

PbS + 4H₂O₂ = PbSO₄ + 4H₂O

11. Реакция с нитратом серебра

2AgNO₃ + H₂O₂ = 2Ag + 2HNO₃ + O₂

После добавления пероксида водорода появились пузырьки газа, а раствор стал светло-голубым, из-за выделения кислорода и восстановления серебра.

11. Реакции с иодидом калия в разных средах

а) в нейтральной среде:

2KI + H₂O₂ = 2KOH + I₂

После добавления перекиси водорода раствор стал зеленоватым, из-за получившегося в ходе реакции иода.

б) в кислой среде:

2KI + H₂O₂ + H₂SO₄ = K₂SO₄+ I₂ + 2H₂O

При добавлении пероксида раствор сначала пожелтел, а затем стал оранжевым, выпал осадок.

в) в щелочной среде:

2KI + 3H₂O₂= КIО₃+ 3H₂O

Видимых признаков реакции не наблюдалось.

12. Такие необычные свойства Н₂О₂ позволяет, например, провести окисление гексацианоферрата(II) калия, а затем, изменив условия, восстановить продукт реакции в исходное соединение с помощью того же реактива. Первая реакция идет в кислой среде, вторая – в щелочной:

2K₄[Fe(CN)₆] + H₂O₂ + H₂SO₄ = 2K₃[Fe(CN)₆] + K₂SO₄ + 2H₂O

2K₃[Fe(CN)₆] + H₂O₂ + 2KOH = 2K₄[Fe(CN)₆] + 2H₂O + O₂

Двойственный характер Н2О2 позволил одному преподавателю химии сравнить пероксид водорода с героем повести известного английского писателя Стивенсона «Странная история доктора Джекила и мистера Хайда», под влиянием придуманного им состава он мог резко изменять свой характер, превращаясь из добропорядочного джентльмена в кровожадного маньяка.

IV. Выводы

Перекись водорода, химическая формула которой H₂O₂, при контакте с водой распадается до составляющих, то есть на воду и кислород, поэтому перекись водорода вполне справедливо считается экологически чистым веществом, которое не может принести никакого вреда окружающей среде.

Что касается безусловной пользы перекиси водорода, то это, прежде всего, ее использование в медицинских целях. Как известно, согласно официальным рекомендациям, в медицинских целях используется перекись водорода трехпроцентная, причем назначение этого средства исключительно наружное — обработка незначительных повреждений кожи (ссадин, царапин, ран небольшого размера), остановка незначительных кровотечений, а также использование для полосканий при заболевании стоматитом.

Чем же объясняется эффект обеззараживания, который оказывает перекись водорода на различные повреждения кожных покровов? Обеззараживающий (антисептический) эффект объясняется тем, что при контакте перекиси водорода с кожей происходит высвобождение кислорода (появляется пенка), и, как следствие, рана получает возможность очиститься механическим способом — образовавшаяся кислородная пена очищает рану просто механически, вымывая микробы, грязь и даже некротические образования, которые могли уже появиться в ране.

Итак, проведя исследование физических и химических свойств пероксида водорода, я сделала выводы:

1. Такие физические свойства, как температура замерзания, температура кипения, плотность и коэффициент преломления у пероксида водорода зависят от концентрации вещества.

2. Как правило, в химических реакциях пероксид проявляет и окислительные свойства, восстанавливаясь до воды, и восстановительные, окисляясь до кислорода.

3. Использовать это удивительное соединение необходимо только учитывая его свойства.

Таким образом, я могу утверждать, что гипотеза моего исследования подтверждена.

V. Заключение

Итак, я провела планируемое исследование и узнала много нового. Над своим исследованием я трудилась очень увлеченно, мне было интересно узнать, каковы состав и строение пероксида водорода, что придает ей полезные свойства.

В перспективе мне хотелось бы обратиться к биолого-анатомическому и медицинскому аспекту данной темы, узнать, как именно влияет перекись водорода на органы и ткани человеческого организма, с чем связан ее лечебный эффект.

При подготовке работы и презентации к ней, я подробно ознакомилась с требованиями к оформлению исследовательских работ, что обязательно пригодится мне в дальнейшей учебной деятельности в школе и в вузе. Свойства пероксида водорода, изученные в теории и на практике помогут мне правильно и безопасно применять его в жизни.

VI. Литература

1. Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия.

2. Долгоплоск Б.А., Тинякова Е.И. Генерирование свободных радикалов и их реакции.

3. Карапетьянц М. Х., Дракин С. И. Общая и неорганическая химия.

4. Хомченко Г. П., Севастьянова К. И., Окислительно-восстановительные реакции, 2 изд., М., 1980

Интернет-ресурсы:

http://www.chem.msu.su/rus/school/zhukov/18a.html

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/471bcbe2-14db-08cc-748f-2e164143601a/1011338A.htm

http://hnb.com.ua/articles/s-zdorovie-protivomikrobnye_sredstva_peroksid_vodoroda-1565

http://studopedia.su/13_141472_peroksidi.html

VII. Приложения

Приложение 1. Строение молекулы пероксида водорода H₂O₂

Молекула H₂O₂ неплоская, имеет строение H−O−O−H с σ — связью O − O на ребре и связями H-O на плоскостях двугранного угла:

молекула пероксида водорода

Степень окисления кислорода равна −I, валентность атома O равна 2. Группу -O-O- называют пероксогруппой.

Пероксид водорода H₂O₂ — бесцветная жидкость, неограниченно смешивается с водой.

Физические константы:M_r = 34,01;ρ = 1,4 г/мл (20 °С),t_пл = −0,43 °C,t_кип = +150 °C

Приложение 2. Формы выпуска пероксида водорода

Приложение 3. Фото опытов

Раствор гидроксида натрия с фенолфталеином

При добавлении пероксида обесцвечивается:

При добавлении пероксида в формальдегид начинается обильное выделение газа:

Выделение бесцветного газа при добавлении пероксида водорода в раствор щавелевой кислоты:

При добавлении перекиси водорода и при последующем нагревании медь реагирует с серной кислотой, в результате чего происходит выделение газа и изменение цвета:

Раствор перманганата калия:

При добавлении пероксида в нейтральной среде:

При добавлении пероксида в кислой среде:

При добавлении пероксида в щелочной среде:

Раствор хромата калия:

После добавления пероксида водорода к хромату калия в нейтральной среде:

При добавлении пероксида в кислой среде:

При добавлении пероксида водорода в щелочной среде:

Раствор иодида калия:

При добавлении пероксида в нейтральной среде:

При добавлении пероксида в кислой среде:

При добавлении пероксида в щелочной среде:

Просмотров работы: 7424

Применение перекиси водорода для окисления железа подземных вод

Применение перекиси водорода для окисления железа подземных вод

Окисление железа является одним из ключевых процессов технологии кондиционирования подземных вод при подготовке к фильтрованию через зернистый слой.

Необходимость обезжелезивания подземных вод при их использовании для хозяйственно-питьевого водоснабжения определяется, в первую очередь, негативным влиянием соединений железа на организм человека. Избыток железа оказывает токсическое действие на печень, селезенку, головной мозг, усиливает воспалительные процессы в организме, приводит к дефициту некоторых микроэлементов (медь, цинк и др.).

Требования по извлечению железа из используемой воды вызваны не только гигиеническими соображениями, а целым рядом нежелательных последствий эстетического, технического и экономического характера: следы на белье, посуде и бытовом водопотребляющем оборудовании; коррозия и отложения в трубопроводах; быстрый выход из строя водонагревательных и водоумягчительных систем.

Комплект «ОКСИ-ЛОДЖИКС» для удаления сероводорода и железа

Следует отметить, что разложение перекиси водорода с одновременным окислением йона двухвалентного железа в трехвалентное и ее каталитическое разложение, вызываемое ионами двух- и трехвалентного железа, изучены достаточно подробно. Ион закисного железа окисляется перекисью водорода согласно следующей стехиометрической реакции:

2Fe²⁺ + Н₂O₂ + 2 Н⁺ → 2Fe³⁺ + 2Н₂О. (1)

Эта реакция протекает количественно при избытке иона двухвалентного железа, тогда как при избытке перекиси водорода наряду с окислением закисного железа протекает разложение перекиси водорода с выделением кислорода.

Принято считать, что взаимодействие Н₂O₂ с аква-ионом Fe²⁺ приводит к образованию ÓH-радикала в качестве первичной реакционно-способной частицы. Однако образование гидроксил-радикала в этой реакции – лишь частный случай окислительно-восстановительных превращений промежуточного комплекса Fe²⁺ с Н₂O₂.

Первичный акт взаимодействия Fe²⁺ с Н₂O₂ состоит в замещении координированной молекулы воды:

Н₂O₂ + Fe²⁺Н₂O ↔ (FeН₂O₂)²⁺ + Н₂O. (2)

Образование радикалов ÓH в процессе Фентона в кислой среде свидетельствует о том, что в этих условиях образовавшийся пероксо-комплекс распадается преимущественно на продукты одноэлектронного переноса:

(FeН₂O₂)²⁺ → Fe³⁺OH^– + ÓH. (3)

Рост скорости окисления двухвалентного железа при рН>3 связан с диссоциацией координированной воды в комплексе, поскольку диссоциация перекиси водорода приводит к уменьшению ее окислительной способности, тогда как диссоциация воды – к существенному снижению окислительно-восстановительного потенциала пары Fe⁴⁺/Fe²⁺, что приводит к облегчению внутрисферного двухэлектронного переноса с последующим образованием гидролизованного феррил-иона:

(FeН₂O₂)²⁺ → (OH^–)(FeН₂O₂)²⁺ + Н⁺, (4)

(OH^–)(FeН₂O₂)²⁺→ (OH^–)FeО²⁺ + Н₂O. (5)

Эта частица может участвовать либо в окислении воды с образованием ÓH-радикала, либо взаимодействовать со вторым ионом железа без образования свободных радикалов:

(OH^–)FeО²⁺ → Fe³⁺(OH^–)₂ + ÓH, (6)

(OH^–)FeО²⁺ + Fe²⁺ → 2Fe ³⁺OH^–. (7)

Вследствие протекания реакций (4,5) с ростом рН эффективная константа скорости окисления Fe²⁺ перестает зависеть от рН.

Негидролизованный комплекс FeН₂O₂²⁺, также как и феррил-ион, может взаимодействовать с «третьей» частицей, в частности, со вторым ионом железа также без образования свободных радикалов:

(FeН₂O₂)²⁺ + Fe²⁺ → 2Fe³⁺OH^–. (8)

Другой тип реакций связан с модификацией промежуточного пероксо-комплекса путем замещения координированной воды на вторую молекулу перекиси водорода. В результате возможно осуществление молекулярного (каталазного) механизма разложения перекиси:

(FeН₂O₂)²⁺ + Н₂O₂ → Н₂O₂ (FeН₂O₂)²⁺ → (НO₂FeН₂O₂)⁺ → Fe²⁺OH^– + О₂↑ + Н₂O. (9)

Установлено, что в нейтральной водной среде увеличение концентрации как ионов Fe²⁺, так и ионов Fe³⁺ приводит к росту скорости процесса распада Н₂О₂, причем этот рост практически не зависит от рН и концентрации перекиси водорода. Установлено также, что спонтанное разложение Н₂O₂ в этих условиях происходит на микроколлоидных частицах гидроокиси железа и протекает по нерадикальному механизму.

Очевидно, что при использовании перекиси водорода для окисления железа подземных вод возможно протекание всех перечисленных реакций. Процесс значительно усложняется в слабокислых средах, где более вероятно образование ÓH-радикалов, при наличии в воде органических примесей, а также в присутствии примесей доноров водорода, взаимодействующих с феррил-ионом, и при наличии в воде ионов меди, являющихся сокатализаторами процессов распада Н₂O₂и окисления органических веществ. Это делает химию процесса обезжелезивания воды с использованием перекиси водорода достаточно сложной.

Тем не менее, такая технология представляет определенный интерес, особенно в тех случаях, когда традиционные методы обезжелезивания оказываются неэффективными. Впервые технология с использованием перекиси водорода испытана применительно к подземным водам севера Тюменской области. Отличительными особенностями состава этих вод являются низкие значения жесткости (0,15÷0,40 мг-экв/дм³), щелочности (0,29÷0,38 мг-экв/дм³) и температуры воды (0,3÷1,4⁰С). Содержание железа общ. составляет 5,5 ÷ 6,2 мг/дм³, в том числе двухвалентного – 4,7÷5,5 мг/дм³. Применение классических методов обезжелезивания для воды такого состава не обеспечивает получения нормативного содержания железа в очищенной воде.

Выполненные лабораторные исследования процесса обезжелезивания подземных вод по схеме «окисление Н₂O₂ – фильтрование» подтвердили высокую эффективность этого метода.

Работа проводилась в условиях действующего водозабора водопроводных очистных сооружения (ВОС) г. Новый Уренгой в осенне-зимний период, при минимальной температуре обрабатываемой воды.

На первом этапе было изучено окисление двухвалентного железа в свободном объеме. В качестве реакционного сосуда был использован химический стакан емкостью 2 л, установленный на магнитной мешалке. Дозирование перекиси водорода в виде 0,1М раствора производилось при помощи лабораторной пипетки. Отбор пробы воды для определения остаточного железа производился через 1 мин. после внесения реагента.

На рис.1 представлена зависимость остаточного содержания двухвалентного железа в нефильтрованной воде от исходной концентрации перекиси водорода и удельной дозы окислителя.

Рис. 1: Зависимость остаточного содержания железа(+2) в нефильтрованной воде от исходной концентрации перекиси водорода (1) и от удельной дозы перекиси водорода (2).

Как показывает зависимость остаточного содержания железа(+2) в нефильтрованной воде от удельной дозы перекиси водорода, теоретическая доза окислителя (0,3 мг/мг) обеспечивает окисление не более 20% закисного железа в исходной воде. По-видимому, это может быть объяснено протеканием в реакционном объеме наряду с окислением двухвалентного железа процессов каталитического разложения Н₂O₂. Для данных условий проведения реакции (без последующего фильтрования) для достижения остаточной концентрации железа(+2) 0,2 мг/дм³ необходим 3-кратный избыток окислителя.

На втором этапе работы исходная вода после обработки перекисью водорода сразу же подвергалась фильтрованию через лабораторный песчаный фильтр (Н = 1,2 м, d_ф.= 0,8 ÷1,6 мм). В отсутствие Н₂O₂ фильтрование исходной воды через тот же песчаный фильтр не приводит к заметному снижению содержания в воде ионов железа.

На рис. 2 представлена зависимость остаточного содержания общего железа в фильтрованной воде от исходной концентрации перекиси водорода и удельной дозы окислителя.

Рис. 2: Зависимость остаточного содержания общего железа в

фильтрованной воде от исходной концентрации перекиси водорода (1)

и от удельной дозы перекиси водорода (2).

Как видно из приведенных данных, применение перекиси водорода в качестве окислителя позволяет практически полностью очистить воду от соединений железа: может быть достигнута его остаточная концентрация менее 0,1 мг/дм³.

Соответствующая зависимость остаточного содержания общего железа в фильтрованной воде от удельной дозы перекиси водорода показывает, что при протекании основной части процесса в фильтрующем слое реакция окисления железа(+2) преобладает. Для получения остаточной концентрации общего железа на уровне 0,05 ÷ 0,10 мг/дм³ избыток окислителя не превышает 30% от стехиометрической (расчетной) дозы.

Полученные в лабораторных условиях результаты проверены на пилотной установке производительностью 2,5 м³/час. Конструкция установки предусматривала возможность обработки как исходной (холодной) воды, подаваемой из распределительной камеры водогрейных резервуаров, так и подогретой воды, подаваемой из распределительного трубопровода фильтровальной станции ВОС г. Новый Уренгой.

Доза окислителя назначалась нами недостаточной для полного окисления закисного железа, остаточная концентрация железа(+2) находилась в пределах 0,1 ÷ 0,2 мг/дм³.

Содержание железа в воде до обработки и после фильтрования приведено в табл.1. Следует отметить, что при обработке холодной воды потребовалось увеличение дозы перекиси водорода в среднем на 11,5 %.

Таблица 1.

Тип воды	Содержание железа, мг/дм³
	исходное		после обработки
	Fe_общ.	Fe(+2)	Fe_общ.	Fe(+2)
Холодная (+1⁰С)	6,7 ÷6,9	5,3 ÷5,4	0,1 ÷0,3	отс.
Подогретая (+6⁰)	5,8 ÷6,1	4,6 ÷4,7	0,1 ÷0,3	отс.

Как видим, температура процесса не влияет на концентрацию железа в фильтрованной воде. Это позволяет отказаться от подогрева перед обработкой подземных вод, что часто применяется на сооружениях водоснабжения в условиях Тюменского севера.

Необходимо отметить также заметное улучшение органолептических показателей качества воды (с 2 до 1 балла).

Полученные результаты использованы при выполнении рабочего проекта «Расширение ВОС г. Новый Уренгой до производительности 65,0 тыс. м³/сут.». Реконструкция станции закончена и в декабре 2007 г. она принята в постоянную эксплуатацию. Содержание железа в очищенной воде не превышает 0,05 мг/дм³. На основании опыта пуско-наладочных работ и пробной эксплуатации разработаны рекомендации по применению этой технологии , позволяющие проектировать станции очистки воды неограниченной производительности.

На какие чудеса способны исследователи

Яркие вспышки открытий — результат, как правило, великого множества опытов. Монотонных и трудоемких. И человеку со стороны будни экспериментаторов могут показаться серыми и рутинными. Но исследователи на свою профессию смотрят иначе. На их рабочих столах зачастую можно наблюдать спецэффекты, не хуже, чем у Джеймса Кэмерона в его «Аватаре». Чтобы в этом убедиться, заглянем в лаборатории предприятий УГМК. Опыты проводят лаборант химанализа ООО «Башкирская медь» Зухра Юсупова, инженер центральной заводской лаборатории «Оренбургского радиатора» Людмила Вострикова, инженер ОАО «Уралмеханобр» Ольга Шихова и лаборант центральной лаборатории Сибайского филиала Учалинского ГОКа Гульнара Кутлугалямова.

Видео опытов можно посмотреть в группе УГМК-Холдинга в Фейсбуке.

Пенная феерия

В колбу наливаем 30-процентную перекись водорода, добавляем несколько капель жидкого мыла (средства для мытья посуды) и краситель. Все это перемешиваем, а затем в получившийся раствор высыпаем ложку йодистого калия. Ба-бах! В этот момент желательно отойти подальше, поскольку пена из колбы вырывается с огромной скоростью и обильно покрывает собой все вокруг. После первого интенсивного выброса реакция замедляется, и пена, постепенно вытекая из горлышка, обвивает колбу подобно змее.

Что произошло?

В отсутствие примесей раствор перекиси водорода вполне стабилен, но стоит внести в него катализатор — йодид калия, как молекулы раствора моментально начинают разлагаться. Процесс сопровождается выделением молекулярного кислорода, который в присутствии моющего средства способствует образованию пены. Кстати, при данной реакции вырабатывается тепло, потому что данный процесс — экзотермический, то есть высвобождающий энергию. Опыт необходимо проводить в резиновых перчатках и защитных очках, чтобы обезопасить себя от ожогов.

Фантастический букет

Для получения красящего цветы реактива необходимо смешать по 50 мл эфира и концентрированного раствора аммиака. С помощью лабораторных щипцов опускаем в полученный раствор головку цветка, и окраска лепестков изменяется прямо на глазах. Например, белая гербера становится ярко-желтой, розовая — черной, а фиолетовый ирис приобретает изумрудно-зеленый цвет. Теперь вы знаете, как удивить близкого человека оригинальным букетом.

Что произошло?

Эфир выделяет красители цветка из растительных клеток, а аммиак создает в лепестках щелочную среду, в результате чего бутон, подобно лабораторным индикаторам, меняет свой цвет.

При изготовлении реактива нужно соблюдать меры предосторожности. Пары эфира легко воспламеняются, поэтому поблизости не должно быть огня. Также важно помнить, что обе жидкости имеют резкий запах, поэтому опыт лучше проводить в вытяжном шкафу либо на открытом воздухе.

Египетская ночь

Так же быстро, как ночь в Египте сменяет день, бесцветная жидкость приобретает в колбе почти черный цвет. Поэкспериментируем? Тогда сначала нам необходимо получить два раствора. Для приготовления первого взвешиваем равное количество йодида калия и тиосульфата натрия, смешиваем их, вносим в колбу и добавляем в нее достаточное количество воды. Отдельно разводим крахмал — сначала в холодной воде, а затем добавляем горячую для лучшей его растворимости. После этого смешиваем растворенный крахмал с раствором йодида калия и тиосульфата натрия.

Для приготовления второго раствора смешиваем пероксид водорода и серную кислоту и добавляем немного воды. Приливаем в колбу с первым раствором второй раствор, и бесцветная смесь чернеет.

Что произошло?

Этот опыт демонстрирует один из фундаментальных химических законов — закон действия масс, согласно которому скорость реакции пропорциональна концентрациям реагирующих веществ. Серная кислота вытесняет йодат- и сульфитионы из их солей. При этом в растворе образуются производные кислоты, что приводит к выделению свободного йода, который взаимодействует с крахмалом и дает цветную реакцию.

Деньги не горят!

Этот простой и в то же время зрелищный фокус иллюстрирует процесс горения спирта и свойства бумаги, из которой изготавливают деньги. Берем по ½ части воды и спирта и смешиваем их в емкости. Вносим в получившийся спиртовой раствор немного соли (если хотим сделать пламя цветным). Погружаем в раствор купюру. Когда купюра полностью пропитается, достаем ее щипцами, даем стечь лишней жидкости и поджигаем. Купюра горит, но остается неповрежденной.

Что произошло?

В результате горения этилового спирта образуются вода, углекислый газ и тепло (энергия). Когда вы поджигаете купюру, воспламеняется спирт. Температура, при которой он горит, недостаточна для того, чтобы испарить воду, которой пропитана купюра. В результате весь спирт прогорает, пламя гаснет, а слегка влажная денежная купюра остается неповрежденной. Неопытным химикам лучше взять купюру небольшого достоинства.

Записали Константин ТЕДЕЕВ, Эдуард МУСТАФИН, Ольга ЧИСТОВСКАЯ, Альбина БАЙГИЛЬДИНА

Экспериментальное определение водородного показателя гелей профессиональных домашних отбеливающих систем

Современную стоматологическую помощь сегодня трудно представить без корректировки цвета зубов пациента [4]. При составлении плана лечения врачи ведущих стоматологических клиник широко используют современные отбеливающие системы для достижения максимального эстетического результата в комплексном лечении стоматологических пациентов.

Прямые реставрации, изготовление виниров, люминиров — основные эстетические стоматологические манипуляции, к которым мы прибегаем, чтобы удовлетворить самых взыскательных пациентов, эффективнее, если им предшествует процедура профессионального отбеливания зубов [13].

Также современные отбеливающие методики позволяют улучшить цвет зубов пациентов с некариозными заболеваниями твердых тканей зубов, например, пятнистой формой флюороза [6].

В нашей стране большую популярность приобрели системы офисного отбеливания зубов, активируемые физическими источниками (Philips Zoom, Beyond, Smartbleach).

Под действием волн различного спектра происходит активация процесса разложения геля перекиси водорода на свободные радикалы H—, O—, OH—, HO2—. Эти радикалы обладают малой молекулярной массой и могут легко проникать через межпризматические пространства эмали в дентин. Пергидрольный радикал (HO2—) дает самый сильный отбеливающий эффект и наиболее активен в щелочной среде. Под действием молекулы пергидроля происходит расщепление бензольных колец пигментов на длинные цепи, после — на бивалентные связи (—С=С—С=С—). Данная углеродная связь отражает меньше входящего света, что выражается в исчезновении желтого цвета [5].

В домашних отбеливающих системах чаще всего используются гели на основе различных концентраций перекиси карбамида (10%, 15%, 16%, 20%, 22%). Исключением является набор дневного отбеливания от компании «DayWhite ACP», в состав которого входит гель перекиси водорода в концентрации 9,5%.

Если для отбеливания используется перекись карбамида, то при ее активации выделяется вода, мочевина и активный кислород. Мочевина в составе геля необходима для стабилизации перекиси водорода, увеличения проницаемости эмали [11], улучшения проникновения активного кислорода в твердые ткани зуба. При этом радикалы HO2— играют главную роль при отбеливании зубов [15]. Перекись карбамида в конечном счете разлагается на воду, кислород и мочевину, углекислый газ и аммиак.

Мочевина, как мы уже упоминали, дает ряд полезных эффектов, так как защелачивает среду. При взаимодействии перекиси карбамида с водой происходит выделение перекиси водорода, составляющей до 30% от ее объема. Таким образом, из 10% геля пероксида карбамида получается 3,35% раствор перекиси водорода [2].

Распространенность ламповых методов отбеливания в первую очередь связана с удобством использования их для врача и быстрым эффектом отбеливания для пациента: за 30—60 мин достигается отбеливающий эффект до 8 оттенков [14].

Высокая стоимость отбеливающих ламп и наборов для офисного отбеливания зубов может быть препятствием для проведения данной процедуры в клинике. Домашние наборы для отбеливания зубов, в свою очередь, доступны большинству клиник и не требуют больших затрат для начала работы по данной методике.

Доктор Р. Фейнман считает, что домашнее отбеливание пероксидом карбамида является наиболее безопасным, экономичным и доступным методом отбеливания. Автор считает, что оно обязательно должно проводиться под контролем врача от начала и до конца курса. Приводимые им доводы в пользу данной методики и поэтапное ее описание характеризуются автором как эффективная и безопасная манипуляция [10].

Эффективность, безопасность и скорость отбеливающих систем зависят от многих факторов: наличия/отсутствия активатора, состава геля, его вязкости, концентрации, форм кап при домашнем отбеливании зубов. Но основным показателем безопасности для твердых тканей зубов, безусловно, является кислотность отбеливающего геля.

Следует отметить, что гели на основе пероксидов имеют слабокислый pH, который необходим для стабилизации геля и продления срока его хранения. Для образования наиболее активных радикалов HO2— необходима буферизация раствора перекиси водорода [9].

По мнению А.А. Вавилюк, негативное отношение врачей к процедуре отбеливания зубов связано в первую очередь с использованием в старых отбеливающих системах гелей с перекисью водорода в кислой среде (pH 3—4), приводящей к деминерализации эмали [3].

При выборе отбеливающей системы важно знать ее pH, так как низкий водородный показатель способствует деминерализации эмали. В исследованиях R. Price, M. Sedarous и соавт. (2000) обнаружено, что pH различных отбеливающих гелей колеблется от 3,67 до 11,13. pH гелей, используемых для домашнего отбеливания зубов, составляет в среднем 6,48, а для офисного отбеливания — варьирует от 3,67 до 6,53 [7].

В работе бельгийских ученых по изучению эффективности применения КТП лазеров в профессиональном отбеливании зубов также особое внимание уделяется наибольшей эффективности свободных радикалов H⁰, O⁰, OH⁰, HO2⁰. Отмечается, что пергидроксильный радикал (HO2—) дает наибольший отбеливающий эффект и высвобождается в основном в щелочной среде. На рис. 1 и 2 показаны различия в реакциях между кислотным (см. рис. 1) и щелочным pH (см. рис. 2) [12].

Рис. 1. Реакция кислотной рН.

Рис. 2. Реакция щелочной рН.

Необходимо подчеркнуть, что низкий рН, особенно при значениях 6,2—6,0, приводит к очаговой деминерализации эмали зубов с появлением эрозий твердых тканей и образованием кариозных полостей [8].

По мнению Е.В. Боровского, деминерализация эмали происходит при продолжительном локальном изменении pH <4,5 [1].

В связи с этим целью нашей работы явилось определение уровня pH современных отбеливающих гелей с рекомендацией оптимального препарата для процедуры домашнего отбеливания зубов с использованием индивидуальных кап.

Материал и методы

Эксперимент был проведен на кафедре биологической химии Московского государственного медико-стоматологического университета.

В качестве индикатора измерения водородного показателя была использована универсальная индикаторная бумага Лах-Нер (Чехия), с диапазоном определения уровня pH от 0,0 до 12,0 с шагом 1,0. Туба содержит 100 бумажных полосок размером 7,5×0,6 см с нанесенными на них индикаторами, изменяющими свой цвет в зависимости от кислотности среды. Универсальная индикаторная бумага содержит следующую комбинацию индикаторов: синий бромтимоловый, картазол желтый, бромкрезоловый зеленый, бромксиленовый синий, бромтимоловый синий.

В качестве исследуемых образцов были взяты профессиональные домашние отбеливающие системы компаний «Philips», «Ultradent» и «ВладМиВа».

Препараты компании «Philips» были представлены дневной отбеливающей системой DayWhite с 9,5% пероксидом водорода, ночные — NiteWhite, содержащие пероксид карбамида в концентрациях 16%, 22%.

В качестве профессиональных отбеливающих наборов выступила линейка Opalescence PF в различных концентрациях пероксида карбамида: 10%, 15% и 22%.

Домашней отбеливающей системой отечественного производителя представлен набор Белагель О, в состав которой входит гель с пероксидом карбамида в концентрации 20%.

Алгоритм работы

В лаборатории каждый из образцов гелей хранился в рекомендуемых производителями условиях. Перед тестом каждый образец нагревался в теплой воде до 37 ˚C и наносился на новую индикаторную полоску на 1 с так, чтобы индикаторная зона была полностью покрыта исследуемым образцом. Затем проводили сравнение окрашивания индикаторной зоны полоски с цветными индикаторами шкалы на боковой поверхности пластиковой тубы. Оценивали схожесть окрашивания и определяли значение рН.

Результаты и обсуждение

После проведения лабораторных исследований по измерению pH отбеливающих систем (см. таблицу) нами были получены следующие результаты: дневная система DayWhite обладала самым высоким показателем (pH 10,0) из всех исследуемых гелей.

Характеристика исследованных отбеливающих систем

Следует отметить, что концентрация отбеливающего агента не влияет на результаты измерений pH одноименных гелей.

Так, водородный показатель одинаков у системы NiteWhite 16% и 22% с различной концентрацией перекиси карбамида и равен рН 7,0. Показатель pH одинаков и у линейки Opalescence PF с концентрациями 10%, 15% и 20% и равен 8,0.

Анализируя полученные данные, следует отметить, что из всех представленных препаратов ни у одного не был отмечен предельно низкий для эмали, дентина и цемента зубов уровень pH, равный 6,2. Это свидетельствует о том, что данные отбеливающие системы при их использовании не приводят к деминерализации твердых тканей зубов и находятся в нейтральной (NiteWhite 16%, 22%, Белагель О), слабощелочной (Opalescence PF 10%, 15%, 20%) и щелочной (DayWhite 9,5%) зонах.

Таким образом, исследуемые гели не обладают критическим значением водородного показателя, который мог бы вызвать повреждение твердых тканей зубов, и могут быть предметом выбора в повседневной практике при лечении дисколоритов различной этиологии.

Особого внимания заслуживает система DayWhite, представленная на сегодняшний день в одной концентрации пероксида водорода — 9,5%, и показавшая самый высокий уровень рН вкупе с достаточно высокой концентрацией пероксида водорода для домашних систем, эквивалентной 31% пероксида карбамида, что, вероятно, может положительно влиять на эффективность отбеливания.

Участие авторов:

Авторы совместно работали на всех этапах подготовки материала.

Конфликт интересов отсутствует.

Пероксид водорода, химические свойства, получение

1,008

1s¹

2,1

Бесцветный газ

t°_пл=-259°C

t°_кип=-253°C

4,0026

1s²

4,5

Бесцветный газ

t°_кип=-269°C

6,941

2s¹

0,99

Мягкий серебристо-белый металл

t°_пл=180°C

t°_кип=1317°C

9,0122

2s²

1,57

Светло-серый металл

t°_пл=1278°C

t°_кип=2970°C

10,811

2s² 2p¹

2,04

Темно-коричневое аморфное вещество

t°_пл=2300°C

t°_кип=2550°C

12,011

2s² 2p²

2,55

Прозрачный (алмаз) / черный (графит) минерал

t°_пл=3550°C

t°_кип=4830°C

14,007

2s² 2p³

3,04

Бесцветный газ

t°_пл=-210°C

t°_кип=-196°C

15,999

2s² 2p⁴

3,44

Бесцветный газ

t°_пл=-218°C

t°_кип=-183°C

18,998

2s² 2p⁵

3,98

Бледно-желтый газ

t°_пл=-220°C

t°_кип=-188°C

20,180

2s² 2p⁶

4,4

Бесцветный газ

t°_пл=-249°C

t°_кип=-246°C

22,990

3s¹

0,98

Мягкий серебристо-белый металл

t°_пл=98°C

t°_кип=892°C

24,305

3s²

1,31

Серебристо-белый металл

t°_пл=649°C

t°_кип=1107°C

26,982

3s² 3p¹

1,61

Серебристо-белый металл

t°_пл=660°C

t°_кип=2467°C

28,086

3s² 3p²

1,9

Коричневый порошок / минерал

t°_пл=1410°C

t°_кип=2355°C

30,974

3s² 3p³

2,2

Белый минерал / красный порошок

t°_пл=44°C

t°_кип=280°C

32,065

3s² 3p⁴

2,58

Светло-желтый порошок

t°_пл=113°C

t°_кип=445°C

35,453

3s² 3p⁵

3,16

Желтовато-зеленый газ

t°_пл=-101°C

t°_кип=-35°C

39,948

3s² 3p⁶

4,3

Бесцветный газ

t°_пл=-189°C

t°_кип=-186°C

39,098

4s¹

0,82

Мягкий серебристо-белый металл

t°_пл=64°C

t°_кип=774°C

40,078

4s²

1,0

Серебристо-белый металл

t°_пл=839°C

t°_кип=1487°C

44,956

3d¹ 4s²

1,36

Серебристый металл с желтым отливом

t°_пл=1539°C

t°_кип=2832°C

47,867

3d² 4s²

1,54

Серебристо-белый металл

t°_пл=1660°C

t°_кип=3260°C

50,942

3d³ 4s²

1,63

Серебристо-белый металл

t°_пл=1890°C

t°_кип=3380°C

51,996

3d⁵ 4s¹

1,66

Голубовато-белый металл

t°_пл=1857°C

t°_кип=2482°C

54,938

3d⁵ 4s²

1,55

Хрупкий серебристо-белый металл

t°_пл=1244°C

t°_кип=2097°C

55,845

3d⁶ 4s²

1,83

Серебристо-белый металл

t°_пл=1535°C

t°_кип=2750°C

58,933

3d⁷ 4s²

1,88

Серебристо-белый металл

t°_пл=1495°C

t°_кип=2870°C

58,693

3d⁸ 4s²

1,91

Серебристо-белый металл

t°_пл=1453°C

t°_кип=2732°C

63,546

3d¹⁰ 4s¹

1,9

Золотисто-розовый металл

t°_пл=1084°C

t°_кип=2595°C

65,409

3d¹⁰ 4s²

1,65

Голубовато-белый металл

t°_пл=420°C

t°_кип=907°C

69,723

4s² 4p¹

1,81

Белый металл с голубоватым оттенком

t°_пл=30°C

t°_кип=2403°C

72,64

4s² 4p²

2,0

Светло-серый полуметалл

t°_пл=937°C

t°_кип=2830°C

74,922

4s² 4p³

2,18

Зеленоватый полуметалл

t°_субл=613°C

(сублимация)

78,96

4s² 4p⁴

2,55

Хрупкий черный минерал

t°_пл=217°C

t°_кип=685°C

79,904

4s² 4p⁵

2,96

Красно-бурая едкая жидкость

t°_пл=-7°C

t°_кип=59°C

83,798

4s² 4p⁶

3,0

Бесцветный газ

t°_пл=-157°C

t°_кип=-152°C

85,468

5s¹

0,82

Серебристо-белый металл

t°_пл=39°C

t°_кип=688°C

87,62

5s²

0,95

Серебристо-белый металл

t°_пл=769°C

t°_кип=1384°C

88,906

4d¹ 5s²

1,22

Серебристо-белый металл

t°_пл=1523°C

t°_кип=3337°C

91,224

4d² 5s²

1,33

Серебристо-белый металл

t°_пл=1852°C

t°_кип=4377°C

92,906

4d⁴ 5s¹

1,6

Блестящий серебристый металл

t°_пл=2468°C

t°_кип=4927°C

95,94

4d⁵ 5s¹

2,16

Блестящий серебристый металл

t°_пл=2617°C

t°_кип=5560°C

98,906

4d⁶ 5s¹

1,9

Синтетический радиоактивный металл

t°_пл=2172°C

t°_кип=5030°C

101,07

4d⁷ 5s¹

2,2

Серебристо-белый металл

t°_пл=2310°C

t°_кип=3900°C

102,91

4d⁸ 5s¹

2,28

Серебристо-белый металл

t°_пл=1966°C

t°_кип=3727°C

106,42

4d¹⁰

2,2

Мягкий серебристо-белый металл

t°_пл=1552°C

t°_кип=3140°C

107,87

4d¹⁰ 5s¹

1,93

Серебристо-белый металл

t°_пл=962°C

t°_кип=2212°C

112,41

4d¹⁰ 5s²

1,69

Серебристо-серый металл

t°_пл=321°C

t°_кип=765°C

114,82

5s² 5p¹

1,78

Мягкий серебристо-белый металл

t°_пл=156°C

t°_кип=2080°C

118,71

5s² 5p²

1,96

Мягкий серебристо-белый металл

t°_пл=232°C

t°_кип=2270°C

121,76

5s² 5p³

2,05

Серебристо-белый полуметалл

t°_пл=631°C

t°_кип=1750°C

127,60

5s² 5p⁴

2,1

Серебристый блестящий полуметалл

t°_пл=450°C

t°_кип=990°C

126,90

5s² 5p⁵

2,66

Черно-серые кристаллы

t°_пл=114°C

t°_кип=184°C

131,29

5s² 5p⁶

2,6

Бесцветный газ

t°_пл=-112°C

t°_кип=-107°C

132,91

6s¹

0,79

Мягкий серебристо-желтый металл

t°_пл=28°C

t°_кип=690°C

137,33

6s²

0,89

Серебристо-белый металл

t°_пл=725°C

t°_кип=1640°C

138,91

5d¹ 6s²

1,1

Серебристый металл

t°_пл=920°C

t°_кип=3454°C

140,12

f-элемент

Серебристый металл

t°_пл=798°C

t°_кип=3257°C

140,91

f-элемент

Серебристый металл

t°_пл=931°C

t°_кип=3212°C

144,24

f-элемент

Серебристый металл

t°_пл=1010°C

t°_кип=3127°C

146,92

f-элемент

Светло-серый радиоактивный металл

t°_пл=1080°C

t°_кип=2730°C

150,36

f-элемент

Серебристый металл

t°_пл=1072°C

t°_кип=1778°C

151,96

f-элемент

Серебристый металл

t°_пл=822°C

t°_кип=1597°C

157,25

f-элемент

Серебристый металл

t°_пл=1311°C

t°_кип=3233°C

158,93

f-элемент

Серебристый металл

t°_пл=1360°C

t°_кип=3041°C

162,50

f-элемент

Серебристый металл

t°_пл=1409°C

t°_кип=2335°C

164,93

f-элемент

Серебристый металл

t°_пл=1470°C

t°_кип=2720°C

167,26

f-элемент

Серебристый металл

t°_пл=1522°C

t°_кип=2510°C

168,93

f-элемент

Серебристый металл

t°_пл=1545°C

t°_кип=1727°C

173,04

f-элемент

Серебристый металл

t°_пл=824°C

t°_кип=1193°C

174,96

f-элемент

Серебристый металл

t°_пл=1656°C

t°_кип=3315°C

178,49

5d² 6s²

Серебристый металл

t°_пл=2150°C

t°_кип=5400°C

180,95

5d³ 6s²

Серый металл

t°_пл=2996°C

t°_кип=5425°C

183,84

5d⁴ 6s²

2,36

Серый металл

t°_пл=3407°C

t°_кип=5927°C

186,21

5d⁵ 6s²

Серебристо-белый металл

t°_пл=3180°C

t°_кип=5873°C

190,23

5d⁶ 6s²

Серебристый металл с голубоватым оттенком

t°_пл=3045°C

t°_кип=5027°C

192,22

5d⁷ 6s²

Серебристый металл

t°_пл=2410°C

t°_кип=4130°C

195,08

5d⁹ 6s¹

2,28

Мягкий серебристо-белый металл

t°_пл=1772°C

t°_кип=3827°C

196,97

5d¹⁰ 6s¹

2,54

Мягкий блестящий желтый металл

t°_пл=1064°C

t°_кип=2940°C

200,59

5d¹⁰ 6s²

2,0

Жидкий серебристо-белый металл

t°_пл=-39°C

t°_кип=357°C

204,38

6s² 6p¹

Серебристый металл

t°_пл=304°C

t°_кип=1457°C

207,2

6s² 6p²

2,33

Серый металл с синеватым оттенком

t°_пл=328°C

t°_кип=1740°C

208,98

6s² 6p³

Блестящий серебристый металл

t°_пл=271°C

t°_кип=1560°C

208,98

6s² 6p⁴

Мягкий серебристо-белый металл

t°_пл=254°C

t°_кип=962°C

209,98

6s² 6p⁵

2,2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

t°_пл=302°C

t°_кип=337°C

222,02

6s² 6p⁶

2,2

Радиоактивный газ

t°_пл=-71°C

t°_кип=-62°C

223,02

7s¹

0,7

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

t°_пл=27°C

t°_кип=677°C

226,03

7s²

0,9

Серебристо-белый радиоактивный металл

t°_пл=700°C

t°_кип=1140°C

227,03

6d¹ 7s²

1,1

Серебристо-белый радиоактивный металл

t°_пл=1047°C

t°_кип=3197°C

232,04

f-элемент

Серый мягкий металл

231,04

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

238,03

f-элемент

1,38

Серебристо-белый металл

t°_пл=1132°C

t°_кип=3818°C

237,05

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

244,06

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

243,06

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

247,07

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

247,07

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

251,08

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

252,08

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

100

257,10

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

101

258,10

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

102

259,10

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

103

266

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

104

267

6d² 7s²

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

105

268

6d³ 7s²

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

106

269

6d⁴ 7s²

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

107

270

6d⁵ 7s²

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

108

277

6d⁶ 7s²

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

109

278

6d⁷ 7s²

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

110

281

6d⁹ 7s¹

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

Металлы

Неметаллы

Щелочные

Щелоч-зем

Благородные

Галогены

Халькогены

Полуметаллы

s-элементы

p-элементы

d-элементы

f-элементы

Наведите курсор на ячейку элемента, чтобы получить его краткое описание.

Чтобы получить подробное описание элемента, кликните по его названию.

Ученые из Стэнфорда обнаружили, что вода может превращаться в перекись водорода при конденсации на холодных поверхностях

23 ноября 2020 г.

Исследовательская группа из Стэнфорда, которая недавно обнаружила неожиданное новое химическое поведение воды, когда из водяного пара образуются крошечные капли, распространила результаты на естественную, повседневную конденсацию воды.

Автор: Адам Хадхази

В своей объемной жидкой форме, будь то в ванне или океане, вода представляет собой относительно безвредное вещество с небольшой химической активностью.Однако исследователи из Стэнфорда обнаружили, что даже в масштабе крошечных капелек вода может проявлять удивительную реактивность.

На фотографии показан конденсат микрокапель воды, образовавшийся на поверхности стеклянного контейнера, содержащего холодную воду (слева), и изображение микрокапель воды, образовавшихся на полированной поверхности кремния (справа). (Изображение предоставлено: Джэ Гё Ли и Хён Су Хан)

В микрокаплях воды шириной всего миллионные доли метра часть присутствующих молекул H ₂ O может превращаться в близкого химического родственника, перекиси водорода, H ₂ O ₂, агрессивного химического вещества, обычно используемого в качестве дезинфицирующее средство и средство для обесцвечивания волос.

Ученые из Стэнфорда впервые сообщили об этом неожиданном поведении в насильственно распыленных микрокаплях воды в прошлом году. В новом исследовании исследовательская группа показала, что такое же преобразование Джекилла-и-Хайда происходит, когда микрокапли просто конденсируются из воздуха на холодные поверхности. Новые результаты показывают, что превращение воды в перекись водорода — это обычное явление, происходящее в тумане, тумане, каплях дождя и везде, где микрокапли образуются естественным образом.

Это удивительное открытие может привести к созданию более экологичных методов дезинфекции поверхностей или стимулирования химических реакций.«Мы показали, что процесс образования перекиси водорода в каплях воды — широко распространенное и удивительное явление, которое происходит прямо у нас под носом», — сказал старший автор исследования Ричард Заре, профессор естественных наук Маргариты Блейк Уилбур и профессор химии. в Стэнфордской школе гуманитарных и естественных наук.

Исследователи также предполагают, что эта недавно признанная химическая способность воды могла сыграть ключевую роль в запуске химии жизни на Земле миллиарды лет назад, а также произвести первый атмосферный кислород на нашей планете до появления жизни.«Это спонтанное производство перекиси водорода может быть недостающей частью истории о том, как изначально формировались строительные блоки жизни», — сказал Заре.

Соавторами нового исследования, опубликованного в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences , являются научные сотрудники Стэнфордского университета Дже Кью Ли и Хён Су Хан.

Вместе с Заре и другими коллегами из Стэнфорда Ли и Хан в прошлом году сделали первое открытие образования перекиси водорода в микрокаплях воды.По словам Заре, некоторые сторонние исследователи, ознакомившиеся с результатами исследования, скептически относились к тому, что такое потенциально распространенное явление могло так долго оставаться незамеченным. Также последовали дебаты о том, как на самом деле может образоваться перекись водорода.

«Аргумент состоял в том, что люди годами изучали водные аэрозоли, и, конечно, вода повсеместно распространена и интенсивно изучается с момента зарождения современной науки, поэтому, если бы образование перекиси водорода в микрокаплях было реальным, наверняка кто-то бы это увидел. уже, — сказала Заре.«Это побудило нас продолжить изучение этого явления, чтобы увидеть, при каких других обстоятельствах оно могло бы произойти, а также узнать больше о происходящей фундаментальной химии».

Микрокапли пробились другим путем

Заре и его коллеги решили исследовать конденсацию, сценарий, при котором микрокапли легко образуются естественным образом, без помощи внешней силы, такой как распылитель. Конденсация происходит, когда водяной пар (газ) в воздухе переходит в жидкость при контакте с более холодной поверхностью; например, когда зеркало в ванной запотевает после душа.

Команда Стэнфорда сконденсировала воду в несколько охлажденных материалов, включая кремний, стекло, пластик и металл. Затем исследователи протерли тест-полоску, которая меняет цвет в присутствии перекиси водорода над конденсированной водой. Конечно, полоска стала синей. Образовавшееся небольшое, но заметное количество перекиси водорода (порядка миллионных долей) варьировалось в зависимости от таких факторов, как температура поверхности и относительная влажность в испытательной камере. Исследователи также отметили, что перекись водорода, образующаяся в микрокаплях, становилась разбавленной по мере увеличения размера капель воды, что может объяснить, почему это химическое превращение так долго игнорировалось.

Новые эксперименты также подтверждают первоначальную гипотезу исследователей о том, как образуется перекись водорода. Они продемонстрировали, что сильное электрическое поле, создаваемое на границе раздела воды и воздуха, прямо на периферии микрокапли, по-видимому, активирует молекулы воды, образуя различные так называемые активные формы кислорода. Эти частицы представляют собой нестабильные молекулярные фрагменты, которые могут быстро реагировать с другими молекулами с образованием перекиси водорода.

Процесс всегда с нами и задолго до нас

Химия такого рода на уровне микрокапель могла способствовать химическому переходу от неживого к жизни на Земле более четырех эонов назад, сказал Заре.Происхождение жизни связано с дилеммой «курица или яйцо», когда молекулы катализатора, которые ускоряют химические реакции и которые кажутся необходимыми для запуска химии жизни, требуют самой жизни, чтобы в первую очередь создавать молекулы катализатора. Но естественное создание перекиси водорода могло бы вместо этого стимулировать реакции, ведущие к молекулярным строительным блокам, которые в конечном итоге собирались в сложные самовоспроизводящиеся объекты.

Заре предполагает, что эта древняя и широко распространенная химическая реакция могла даже обеспечить источник кислорода для ранней жизни (поскольку перекись водорода распадается на молекулы воды и кислорода) до появления организмов, которые могли бы сами производить кислород посредством фотосинтеза.

Команда

Заре в настоящее время изучает, как производство перекиси водорода с помощью микрокапель может быть использовано для целей очистки и дезинфекции. По мнению Заре, одна интригующая возможность заключается в использовании микрокапель и сопутствующих им H ₂ O ₂ для устранения SARS-CoV-2 (вируса, вызывающего COVID-19) с поверхностей.

«С помощью этого нового исследования и нашей продолжающейся работы мы объясняем, как и почему капли воды так заметно отличаются от воды в объеме с точки зрения химической активности», — сказал Заре.«Удивительно, что с точки зрения химии у воды есть еще кое-какие хитрости».

Дополнительные авторы Стэнфордского университета: Роберт Уэймут , профессор химии Роберта Эклза Суэйна; Фриц Принц , профессор Леонардо и профессор машиностроения, материаловедения и инженерии; и аспиранты Сеттасит Чайкасецин по специальности «машиностроение» и Дэниел П. Маррон по специальности «химия».

Zare также является членом Stanford Bio-X , Cardiovascular Institute , Stanford Cancer Institute , Stanford ChEM-H , Stanford Woods Institute for Окружающая среда и Институт нейронаук Ву Цай .

Исследование частично финансировалось за счет гранта Управления научных исследований ВВС США и американской группы Volkswagen.

Чтобы читать все истории о науке в Стэнфорде, подпишитесь на еженедельный выпуск Stanford Science Digest.

-30-

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.
Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г.,
браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.
Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie
потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт
не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к
остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Перекись водорода — обзор

5.2.1. Системы перекиси водорода

Перекись водорода (H ₂ O ₂) была открыта в 1818 году и коммерчески доступна с девятнадцатого века.Перекись водорода — одно из самых распространенных отбеливающих средств. К положительным сторонам перекиси водорода относится то, что она очень безопасна для окружающей среды (разлагается до O ₂ и H ₂ O), бесцветна и не вызывает коррозии. Это очень селективный отбеливающий агент, поскольку он вызывает меньшее повреждение текстильного волокна по сравнению со многими системами отбеливания и имеет тенденцию быть менее агрессивным по отношению к краскам для тканей, моющим ферментам и оптическим отбеливателям. Одним из недостатков является то, что для того, чтобы перекись водорода была эффективной, необходимы щелочные условия и подходящие повышенные температуры примерно на 50 ° C или более.Пергидроксильный анион (HO ^— ₂) считается активным отбеливающим веществом. Наиболее стабильной формой перекиси водорода является недиссоциированная форма перкислоты (HOOH, pKa = 11,6), и в результате большинство коммерческих продуктов, содержащих свободную перекись водорода, готовятся при кислом pH. Кроме того, разложение перекиси водорода также может легко происходить в присутствии определенных ионов переходных металлов, таких как Fe, Mn или Cu. Аналогичным образом, другие легко окисляемые вещества могут способствовать расточительному разложению перекиси водорода, как и каталаза, фермент, который почти всегда присутствует на одежде, носимой при контакте с кожей, и который катализирует дисмутацию перекиси водорода.В попытке уменьшить такие проблемы, особенно в отношении способа, катализируемого переходными металлами, перекись водорода или ее производные в большинстве коммерческих применений формулируют вместе с такими добавками, как хелатирующие агенты переходных металлов.

Перекись водорода может быть модифицирована с образованием соединений, способных действовать как источник активного кислорода, путем взаимодействия со многими соединениями, такими как бораты, пирофосфаты, карбонаты, сульфаты, силикаты и органические соединения, такие как карбоксилаты и амиды.Полученные продукты часто можно выделить в стабильных твердых формах, которые легко гидролизуются с образованием перекиси водорода, что дает возможность включать перекись водорода в гранулированные моющие средства.

Перборат натрия — одно из наиболее широко используемых твердых пероксидных соединений [20]. Существует два основных коммерческих источника пербората: тетрагидрат (PB4) и моногидрат (PB1), получаемый из PB4 путем дегидратации. Перборат натрия содержит анион пероксибората, который, как было показано, имеет циклическую пероксидную структуру, показанную на рисунке B.1.I.8. Механизм выделения пероксида водорода из пербората натрия показан на рисунке B.1.I.8.

Рисунок B.1.I.8. Механизм выделения перекиси водорода из пербората натрия

Перборат натрия имеет гораздо большую стабильность и селективность, чем гипохлорит натрия, и поэтому он может широко использоваться в моющих средствах. Однако за последние 10 лет, в основном из-за давления окружающей среды, направленного на снижение содержания боратов в детергентах, перборат натрия постепенно заменялся пероксигидратом карбоната натрия, более известным как перкарбонат натрия.Перкарбонат натрия существует в виде бесцветного кристаллического твердого вещества (2Na ₂ CO ₃ · 3H ₂ O ₂), а пероксид присутствует в виде пергидрата, включая пероксид водорода (H ₂ O ₂). в кристаллической решетке, а не в виде циклического пероксида [21]. Из-за отсутствия стабилизации ковалентной, благоприятной шестичленной кольцевой структуры перкарбонат натрия гораздо менее стабилен, чем перборат натрия, и поэтому для получения достаточно стабильных составов моющих средств на него должно быть нанесено покрытие [22].Однако, поскольку перкарбонат имеет более высокую скорость растворения, имеет более благоприятный для окружающей среды профиль и имеет преимущество одновременного образования пероксида водорода и выделения карбоната, который дает более высокий pH, чем борат, и способствует пергидролизу, перкарбонат сегодня представляет собой форму водорода. перекисью выбора в большинстве европейских моющих средств.

Расследование катализаторов и то, что затонуло «Курск» | Ресурс

В этом наборе заданий студенты узнают о катализаторах и их влиянии на химические реакции, исследуя то, что случилось с подводной лодкой «Курск».Подходящие для детей 11–16 лет, ресурсы основаны на современных источниках для контекстной и тематической деятельности, начиная от практических экспериментов и заканчивая исследовательскими упражнениями и написанием отчетов. Мотивируйте и вовлекайте своих учеников во время изучения:

Ключевые события и свидетельства гибели подводной лодки «Курск»
Свойства и применение перекиси водорода
Разложение перекиси водорода
Как катализаторы влияют на скорость реакции

Каждое задание включает инструкции для учащихся, а также редактируемые рабочие листы и ресурсы, доступные для загрузки.

Спланируйте урок, используя эти упражнения

Попробуйте эти планы уроков из нашего сборника «Оценки для обучения», чтобы рассказать своим ученикам о катализаторах в контексте подводной лодки «Курск»:

Каждый план урока основан на упражнениях из этого ресурса и содержит цели обучения, инструкции и комментарии для учителей.

1. Анализ аварии

Сводка

Студенты читают краткое введение о катастрофе с подводной лодкой «Курск» и узнают, что они будут играть роль ученых, исследующих загадку «Что затонуло« Курск »?».Они начинают свое расследование с анализа данных, собранных на станции сейсмического мониторинга во время аварии, и отвечают на ряд вопросов, призванных выявить ключевые моменты.

Дополнительные ресурсы, в том числе «Знали ли вы о сейсмологии?» И «Какой тип сейсмических возмущений был зарегистрирован?», Дают студентам возможность более подробно изучить сейсмологию и сейсмические данные.

«Хронология новостей» предоставляет информацию о ключевых событиях, связанных с аварией.

2. Какой катализатор? Разлагающая перекись водорода

Сводка

В этот ресурс включены мероприятия, основанные на практических экспериментах по изучению разложения перекиси водорода и влияния различных катализаторов на скорость реакции. Студенты проводят эксперименты, чтобы выяснить, какое соединение оказывает наибольшее каталитическое действие на разложение перекиси водорода. Затем они отвечают на вопросы, чтобы поразмышлять над своими результатами. Рабочий лист также включает в себя множество вопросов для исследования, которые можно использовать для разработки основного эксперимента.

Соответствующая демонстрация для использования вместе с этим экспериментом доступна как часть плана урока «Оценка для обучения».

3. Пероксидная мощность в торпедах

Сводка

Студенты читают три отчета об использовании высокопрочного пероксида (ПВТ) в торпедах в отношении затонувшей в 1955 году подводной лодки «Курск» и подводной лодки Королевского флота «Сидон». Затем они отвечают на ряд вопросов, размышляя о том, почему корабль «Сидон» затонул и что связывает две аварии.

4. Отчет: Что затонул «Курск»?

Сводка

Студенты пишут репортаж для медиа-организации о том, что затонула подлодку «Курск». Чтобы помочь им написать отчет, учащиеся опираются на результаты своей работы в рамках других заданий этой серии, включая анализ сейсмических данных, свои эксперименты с перекисью водорода и свои выводы из отчетов о торпедах, несенных «Курском».

Реакция разложения перекиси водорода и ее особенности

[Депонировать фотографии]

Перекись водорода — нестабильное вещество.В чистом виде он нестабилен, легко разрушается, причем этот процесс часто сопровождается взрывом. В водных растворах он более стабилен, но при хранении растворов постоянно выделяется кислород. Этот процесс ускоряется под действием света, катализаторов или нагревания. Катализаторами могут быть соединения железа, меди, диоксида марганца, кобальта, ферменты каталазы и другие вещества

Химические характеристики перекиси водорода

Перекись водорода — прозрачная, бесцветная и слегка вязкая жидкость без вкуса и запаха, в больших объемах имеющая голубоватый оттенок.Вещество также известно как гидроперит и пергидрол. Он в 1,5 раза тяжелее воды и может смешиваться с ней в любых соотношениях. Молекулярная масса перекиси водорода составляет 34,02, температура замерзания — 0,5 градуса по Цельсию, а температура кипения — 67 градусов. Химическая формула — Н₂О₂.

Перекись водорода — негорючая жидкость, пожаро- и взрывоопасная, сильный окислитель, вступающий в реакции со многими веществами: перекись водорода легко распадается на кислород и воду при воздействии света, а также при попадании в контакт с восстанавливающими и окисляющими веществами, при взаимодействии с щелочью или при нагревании.В идеальных условиях Н₂О₂ разрушается медленно, со скоростью 1% в месяц. Скорость разложения на морозе замедляется, поэтому вещество можно долго хранить в замороженном состоянии — от минус 0,5 градуса Цельсия. В природе Н₂О₂ встречается в незначительных количествах — например, в снегу или дождевой воде.

Молекулярная структура перекиси водорода

[Депонировать фотографии]

Распад перекиси водорода — реакция в лаборатории

Каталитическое разложение перекиси водорода в этом эксперименте выглядит очень эффективным.Возьмите коническую колбу вместимостью 300 мл и налейте в нее 15 мл жидкости для мытья посуды любой марки. В другой колбе растворите 4 грамма сульфата меди в большом количестве крепкого раствора аммония — добавляйте раствор до полного растворения сульфата меди. В реакции образуется голубой аммин меди.

Налейте раствор аммиака меди в колбу с жидкостью для мытья посуды и тщательно перемешайте. Затем поставьте колбу на стол и быстро добавьте 70 мл 30-50% раствора перекиси водорода.Выделяется большое количество газа, и из колбы бьет фонтан пены. Все рабочее пространство покрыто большими комками пены. Поскольку реакция разложения перекиси водорода происходит с выделением тепла, из пены поднимается пар.

[Flickr]

30-50% перекись водорода можно заменить раствором перекиси водорода, который продается в аптеке.Чтобы обеспечить быстрое разложение перекиси водорода, мы рекомендуем использовать H₂O₂ в высокой концентрации. С другой стороны, катализатор разложения H₂O₂ должен быть достаточно активным — можно использовать аммин меди или перманганат калия. Иногда используют йодид калия, но эксперименты с этим веществом не всегда успешны.

Внимание! Не пытайтесь повторить этот эксперимент без профессионального надзора! Рекомендуем провести безопасный, но в то же время интересный эксперимент — «Египетская ночь».

Изучение реакции распада перекиси водорода

Жидкая перекись водорода имеет большую энергию, чем жидкая вода и газообразный кислород, на 23 ккал, то есть разлагается экзотермически. Жидкий Н₂О₂ выделяет 13 ккал в реакции разложения на кислород и водяной пар. Используя простую арифметику, мы можем легко вычислить, что когда один кубический сантиметр чистой жидкой перекиси водорода распадается на кислород и воду, происходит самонагревание, так что вся вода переходит в парообразное состояние, и в результате образуется смесь газообразного кислорода и воды. молекулы достигают температуры около 1000 градусов по Цельсию.

[Flickr]

В результате повышения температуры газы расширяются, и при разложении 1 см жидкой перекиси водорода дает 7000 см горячих газов. Поскольку пробой происходит мгновенно с расширением в 7000 раз, происходит очень опасный взрыв. Как только небольшое количество этой перекиси водорода распадается, вещества, выделяющиеся при распаде, нагревают соседние частицы перекиси водорода, которые, в свою очередь, разрушаются при нагревании, выделяют больше тепла и т. Д.Реакция, которая начинается в одной точке или небольшой капле перекиси водорода, немедленно распространяется по всей массе вещества, и происходит взрыв, а в присутствии горючих веществ возникает вспышка.

Например, даже 60% раствор перекиси водорода при комнатной температуре воспламеняет древесную стружку и бумагу при контакте с ними. Чем ниже концентрация перекиси водорода, тем она менее опасна, так как тепло от химической реакции разложения направляется на испарение большой массы воды, которая имеет значительную теплоемкость и теплоту испарения.Понятно, что 10% раствор перекиси водорода может нагреваться до температуры кипения при разрушении, и даже 3% раствор перекиси водорода может нагреваться на 20 градусов выше своей начальной температуры при распаде.

При сильном загрязнении концентрированной перекиси водорода реакция разложения может ускориться из-за самонагревания вещества. Этот процесс, который вначале является медленным, может достигнуть экстремальной скорости, сопровождаемой взрывом контейнера, несмотря на наличие вентиляционного отверстия.Возможные несчастные случаи можно предотвратить, постоянно повышая температуру продукта в течение определенного периода времени. Скорость повышения температуры зависит от степени загрязнения. Если нагрев не прекращается, загрязненную перекись водорода следует быстро разбавить водой и слить. Большие резервуары для хранения концентрированной перекиси водорода должны быть оборудованы термометрами, чтобы предупреждать о возможной поломке.

Каталитическое разложение пероксида водорода йодидом калия

Каталитическое разложение пероксида водорода иодидом калия

Краткое описание:

Смешивание двух растворов приводит к появлению пены, напоминающей огромную струю зубной пасты. Это классическая реакция «Слоновьей зубной пасты».

Назначение / цель:

Процедура представляет собой пример катализируемой реакции.

Объяснение эксперимента:

Быстрое выделение газообразного кислорода происходит в результате следующей реакции:

2 H ₂ O ₂ (водн.) = 2 H ₂ O (л) + O ₂ (г) + тепло

Разложение перекиси водорода в присутствии иодид-иона происходит в два этапа:

H ₂ O ₂ (водн.) + I- (водн.) = H ₂ O (л) + OI ^— (водн.)
H ₂ O ₂ (водн.) + OI- (водн.) = H ₂ O (л) + O ₂ (г) + I ^— (водн.)

Подготовка материалов:

20 мл 30% перекиси водорода, можно получить на предприятиях химического снабжения
Иодид калия 2 M — приготовьте основной раствор, смешав 33.2 г KI в дистиллированной воде довести до 100 мл
Средство для мытья посуды — примерно 5 мл
Пищевой краситель
Градуированные цилиндры — 500 мл и 10 мл
Большой поднос и резиновые перчатки для облегчения уборки
Отмерьте 20 мл 30% перекиси водорода в мерный цилиндр. Добавьте 5 мл жидкости для мытья посуды и 10 капель пищевого красителя в мерный цилиндр и встряхните, чтобы перемешать содержимое, но не слишком сильно, чтобы избежать пенообразования.Отмерьте 5 мл 2 M раствора KI в мерный цилиндр на 10 мл.

Представительство:

Быстро налейте 2 M раствор KI в мерный цилиндр объемом 500 мл, содержащий перекись водорода и мыло, и отойдите. Образующийся кислород взаимодействует с мылом, создавая пену «змейка», которая быстро заполняет цилиндр и выливается на большой сервировочный поднос. Поскольку это экзотермическая реакция, из цилиндра может выходить пар. Возможное присутствие коричневого цвета в пене свидетельствует о наличии йода в реакционном сосуде.

Опасности:

Будьте осторожны при обращении с 30% перекисью водорода — она вызывает сильное разъедание кожи, глаз и дыхательных путей. Не стойте над реакцией — быстро выделяются пар и кислород. Йодид калия малотоксичен. Во время демонстрации следует носить защитные очки и перчатки.

Выбытие:

Пену и раствор, оставшиеся в баллоне, можно смыть в канализацию большим количеством воды.

Видео:

Общая концепция:

Тип реакции:

Первичная ссылка:

Gross, G.R. и др. «Демонстрация в день — год химических демонстраций», Flinn Scientific, стр. 55.

Вторичная ссылка:

Саммерлин, Л. и Или, Дж. Л., Химические демонстрации — Справочник для учителей, т. 1 стр.101.

Теги:

Разложение перекиси водорода

Перекись водорода (H ₂ O ₂) везде.Он есть в отбеливателе, краске для волос, шкафчике для чистки и даже в отбеливателях для зубов. Вы можете не знать, что это химическое вещество все время разлагается. Это происходит очень медленно, но с помощью магии науки мы можем это ускорить.

Почему разлагается перекись водорода?

Когда дело доходит до того, чтобы точно определить, почему перекись водорода так легко разлагается, мы должны рассмотреть химическую структуру молекулы H ₂ O ₂.

Перекись водорода содержит одинарную кислородно-кислородную связь. Иначе известная как перекисная связь, она невероятно слабая и нестабильная.

При разрыве кислородно-кислородной связи перекись водорода разлагается на воду и кислород. Когда это происходит, он высвобождает свободные радикалы, которые очень активно взаимодействуют с другими веществами.

Хотя эту реакцию разложения можно ускорить с помощью катализатора, нестабильность пероксидной связи означает, что разложение также происходит естественным образом.

Естественное разложение перекиси водорода

Перекись водорода используется для различных целей, от косметических до промышленных. Но у всех этих отраслей всегда есть одна общая черта: как хранится перекись водорода.

Пероксид водорода имеет ограниченный срок хранения, поскольку со временем он естественным образом разлагается на воду и газообразный кислород. Хотя это займет некоторое время, ультрафиолетовые лучи солнечного света, а также теплые условия могут фактически катализировать реакцию разложения.

Вот почему перекись водорода обычно хранят в темных пластиковых контейнерах. Непрозрачный цвет защищает химическое вещество от солнечного света, а пластик приспосабливается к любому накоплению газообразного кислорода, которое может произойти.

Стеклянный контейнер, например, может разбиться при повышении давления. По этой же причине на емкостях с перекисью водорода устанавливаются вентилируемые колпачки, так как они обеспечивают выход любого выделяющегося кислорода.

Темные пластиковые контейнеры используются для хранения перекиси водорода.Непрозрачный цвет защищает его от солнечного света, который может катализировать его разложение.

Ускорение реакции

Солнечный свет — не единственное, что может ускорить реакцию разложения перекиси водорода. В лаборатории можно использовать несколько катализаторов для увеличения скорости реакции. К ним относятся:

В организме фермент каталаза катализирует разложение перекиси водорода на воду и газообразный кислород. Этот процесс происходит почти в каждом живом организме, включая пчел.

При проведении реакции в лаборатории обычно предпочтительным катализатором является оксид марганца (IV). Однако существует широкий выбор катализаторов, и каждый из них будет иметь разную эффективность.

Почему катализаторы ускоряют реакцию?

Катализаторы способны снизить энергию активации, необходимую для реакции. Это означает, что они могут увеличивать скорость реакции, но не расходуются.

Следовательно, в конце реакции оставшийся катализатор можно использовать повторно.Это очень удобно для коммерческих или промышленных процессов, поскольку потребляется меньше продукта.

Реакция разложения пероксида водорода

Когда вы добавляете небольшое количество катализатора в колбу, содержащую водный раствор перекиси водорода, первое, что вы заметите, — это мгновенное изменение цвета.

В присутствии оксида марганца (IV) или хлорида железа (III) прозрачный раствор немедленно станет черным. Когда катализатор творит чудеса, перекись водорода начинает очень быстро разлагаться.

Когда это произойдет, раствор начнет быстро шипеть. Это вызвано двумя причинами:

Быстрое разложение означает, что большое количество газообразного кислорода образуется в форме пузырьков
Реакция разложения высвобождает тепловую энергию, превращая ее в экзотермическую и газообразную реакцию

По мере продолжения разложения перекиси водорода в колбе будет быстро расти большое давление из-за большого объема производимого газообразного кислорода.Реакция завершится тем, что смесь резко вылетит из колбы.

Зубная паста слона

Эту химическую реакцию можно превратить в забавный эксперимент для детей (и взрослых!). При добавлении жидкости для мытья посуды к раствору H ₂ O ₂ конечный продукт представляет собой густую пену, которая выливается из контейнера, как зубная паста для выжимания слона.

Присутствие мыльной воды может задерживать кислород, выделяющийся при разложении.Это создает густую пену, которая вытесняется из контейнера из-за повышения давления.

Наиболее распространенным катализатором, используемым в этом эксперименте, является йодид калия, но большинство катализаторов достигают того же эффекта при добавлении средства для мытья посуды.

Измерение реакции

Добавляя катализатор к водному раствору H ₂ O ₂ и регистрируя скорость реакции через определенные интервалы времени, вы можете контролировать общий объем производимого газообразного кислорода.Вот как это сделать:

Налейте водный раствор перекиси водорода в вертикальную колбу
Добавьте в раствор небольшое количество катализатора
Быстро закройте колбу, чтобы предотвратить выход выделяющегося кислорода
Запишите объем кислорода через определенные промежутки времени на протяжении реакции
Используя график, изобразите объем произведенного кислорода в зависимости от заданного времени

Когда вы закончите график, у вас должна остаться кривая.