Ջրածնի պերօքսիդի տարրալուծումը կատալիզատորների ազդեցության տակ. Ջրածնի պերօքսիդի քայքայման ռեակցիայի արագության ուսումնասիրությունը կատալիզատորի առկայության դեպքում՝ օգտագործելով գազաչափական մեթոդը: Վ. Սև կապարի սուլֆիդ և ջրածնի պերօքսիդ

– (հին անվանումը՝ ջրածնի պերօքսիդ), ջրածնի և թթվածնի միացություն Հ 2 O 2 , որը պարունակում է թթվածնի ռեկորդային քանակություն՝ 94% քաշով։ Մոլեկուլներում Հ 2 O 2 պարունակում է պերօքսիդ ՕՕ ( սմ. ՊԵՐՕՔՍԻԴՆԵՐ), որոնք մեծապես որոշում են այս միացության հատկությունները։Ջրածնի պերօքսիդն առաջին անգամ ստացել է 1818 թվականին ֆրանսիացի քիմիկոս Լուի Ժակ Թենարը (1777 1857)՝ բարիումի պերօքսիդը բարձր սառեցված աղաթթվով մշակելով. BaO 2 + 2HCl ® BaCl 2 + H 2 O 2 . Բարիումի պերօքսիդն իր հերթին ստացվել է բարիումի մետաղը այրելով։ H-ն լուծույթից առանձնացնելու համար 2 O 2 Թենարը դրանից հեռացրեց առաջացած բարիումի քլորիդը՝ BaCl 2 + Ag 2 SO 4 ® 2AgCl + BaSO 4 . Որպեսզի հետագայում թանկարժեք արծաթի աղ չօգտագործվի Հ 2 O 2 օգտագործված ծծմբաթթու՝ BaO 2 + H 2 SO 4 ® BaSO 4 + H 2 O 2 , քանի որ բարիումի սուլֆատը մնում է նստվածքում։ Երբեմն օգտագործվում էր մեկ այլ մեթոդ՝ ածխաթթու գազը փոխանցվում էր BaO կախոցի մեջ 2 ջրի մեջ՝ BaO 2 + H 2 O + CO 2 ® BaCO 3 + H 2 O 2 , քանի որ բարիումի կարբոնատը նույնպես անլուծելի է։ Այս մեթոդն առաջարկել է ֆրանսիացի քիմիկոս Անտուան ​​Ժերոմ Բալարդը (1802–1876), ով հայտնի է դարձել նոր քիմիական տարրի հայտնաբերմամբ՝ բրոմ (1826)։ Օգտագործվել են նաև ավելի էկզոտիկ մեթոդներ, օրինակ՝ էլեկտրական լիցքաթափման գործողությունը 97% թթվածնի և 3% ջրածնի խառնուրդի վրա հեղուկ օդի ջերմաստիճանում (մոտ 190 ° C), ուստի ստացվել է H-ի 87% լուծույթ։ 2 O 2 . Կենտրոնացված Հ 2 O 2 շատ մաքուր լուծույթները զգուշորեն գոլորշիացնելով ջրային բաղնիքում 70-75 ° C-ից ոչ ավելի ջերմաստիճանում. այս կերպ դուք կարող եք ստանալ մոտավորապես 50% լուծույթ: Դուք այլևս չեք կարող տաքացնել այն, տեղի կունենա H-ի քայքայումը: 2 O 2 , հետևաբար ջրի թորումն իրականացվել է նվազեցված ճնշման տակ՝ օգտվելով գոլորշիների ճնշման (և, հետևաբար, եռման կետում) հզոր տարբերությունից: 2 O և H 2 O 2 . Այսպիսով, 15 մմ Hg ճնշման դեպքում: Նախ, հիմնականում ջուրը թորում են, իսկ 28 մմ ս.ս.-ով: և 69,7 ° C ջերմաստիճանում, մաքուր ջրածնի պերօքսիդը թորված է: Կոնցենտրացիայի մեկ այլ եղանակ է սառեցումը, քանի որ թույլ լուծույթները սառչելիս սառույցը գրեթե չի պարունակում H 2 O 2 . Ի վերջո, հնարավոր է ջրազրկել՝ ծծմբաթթվով ջրի գոլորշին կլանելով ապակե զանգի տակ սառը վիճակում:

19-րդ դարի շատ հետազոտողներ, ովքեր ստացել են մաքուր ջրածնի պերօքսիդ, նշել են այս միացության վտանգները։ Այսպիսով, երբ փորձեցին առանձնացնել Ն

2 O 2 ջրից դիէթիլ եթերով նոսր լուծույթներից արդյունահանման միջոցով, որին հաջորդում է ցնդող եթերի թորումը, արդյունքում առաջացող նյութը երբեմն առանց որևէ ակնհայտ պատճառի պայթում է: Այս փորձերից մեկում գերմանացի քիմիկոս Յու.Վ.Բրուլը ստացավ անջուր Հ 2 O 2 , որը օզոնի հոտ էր գալիս և պայթում էր, երբ դիպչում էր չմշակված ապակե ձողին: Չնայած փոքր քանակությամբ Հ 2 O 2 (ընդհանուր 12 մլ) պայթյունն այնքան ուժգին է եղել, որ սեղանի տախտակի վրա բացել է կլոր անցք, ոչնչացրել դրա դարակի պարունակությունը, ինչպես նաև սեղանի վրա և մոտակայքում կանգնած շշերն ու գործիքները։Ֆիզիկական հատկություններ. Մաքուր ջրածնի պերօքսիդը շատ է տարբերվում H-ի ծանոթ 3%-անոց լուծույթից 2 O 2 , որը գտնվում է տնային բժշկության կաբինետում։ Նախ, այն գրեթե մեկուկես անգամ ավելի ծանր է, քան ջուրը (խտությունը 20 ° C-ում 1,45 գ/սմ է 3). H2O2-ը սառչում է ջրի սառեցման կետից մի փոքր ցածր ջերմաստիճանում՝ մինուս 0,41 ° C, բայց եթե մաքուր հեղուկը արագ սառչում եք, այն սովորաբար չի սառչում, այլ գերսառչում է՝ վերածվելով թափանցիկ ապակե զանգվածի։ Լուծումներ Հ 2 O 2 սառեցնել շատ ավելի ցածր ջերմաստիճանում. 30% լուծույթ մինուս 30°C, և 60% լուծույթ մինուս 53°C: Եռում է H 2 O 2 սովորական ջրից բարձր ջերմաստիճանում՝ 150,2 ° C. Թրջում է ապակին Հ 2 O 2 ավելի վատ, քան ջուրը, և դա հանգեցնում է մի հետաքրքիր երևույթի ջրային լուծույթների դանդաղ թորման ժամանակ. մինչ ջուրը թորվում է լուծույթից, այն, ինչպես միշտ, կաթիլների տեսքով հոսում է սառնարանից դեպի ընդունիչ. երբ է այն սկսում թորել 2 O 2 , հեղուկը սառնարանից դուրս է գալիս շարունակական բարակ հոսքի տեսքով։ Մաշկի վրա մաքուր ջրածնի պերօքսիդը և դրա խտացված լուծույթները թողնում են սպիտակ բծեր և ուժեղ քիմիական այրվածքի հետևանքով առաջանում այրման սենսացիա։

Ջրածնի պերօքսիդի արտադրությանը նվիրված հոդվածում Թենարդն այնքան էլ հաջողությամբ չի համեմատել այս նյութը օշարակի հետ, թերևս նա նկատի ուներ, որ մաքուր Հ

2 O 2 , ինչպես շաքարի օշարակը, ուժեղ բեկում է լույսը։ Իսկապես, անջուր Հ–ի բեկման ինդեքսը 2 O 2 (1.41) շատ ավելի մեծ է, քան ջրի (1.33): Այնուամենայնիվ, կամ սխալ մեկնաբանության, կամ ֆրանսերենից վատ թարգմանության պատճառով, գրեթե բոլոր դասագրքերում դեռևս գրված է, որ մաքուր ջրածնի պերօքսիդը «հաստ, օշարակային հեղուկ է», և նրանք նույնիսկ տեսականորեն դա բացատրում են ջրածնային կապերի ձևավորմամբ: Բայց ջուրը նաև ջրածնային կապեր է ստեղծում։ Փաստորեն, մածուցիկությունը Ն 2 O 2 նույնը, ինչ թեթևակի սառեցված (մինչև 13 ° C) ջուրը, բայց չի կարելի ասել, որ սառը ջուրը օշարակի պես հաստ է:Քայքայման ռեակցիա. Մաքուր ջրածնի պերօքսիդը շատ վտանգավոր նյութ է, քանի որ որոշակի պայմաններում հնարավոր է դրա պայթյունավտանգ տարրալուծումը. 2 O 2 ® H 2 O + 1/2 O 2 արձակելով 98 կՋ 1 մոլ H 2 O 2 (34 գ): Սա շատ մեծ էներգիա է. այն ավելի մեծ է, քան արտազատվողը, երբ ջրածնի և քլորի խառնուրդի պայթյունի ժամանակ առաջանում է 1 մոլ HCl; բավական է ամբողջությամբ գոլորշիացնել 2,5 անգամ ավելի շատ ջուր, քան գոյանում է այս ռեակցիայի ժամանակ։ Վտանգավոր են նաև Հ–ի խտացված ջրային լուծույթները 2 O 2 , դրանց առկայության դեպքում շատ օրգանական միացություններ հեշտությամբ բռնկվում են ինքնաբերաբար, և հարվածից հետո այդպիսի խառնուրդները կարող են պայթել։ Խտացված լուծույթները պահելու համար օգտագործեք հատուկ մաքուր ալյումինից կամ մոմապատ ապակե տարաներից պատրաստված անոթներ:

Ավելի հաճախ հանդիպում եք H-ի ավելի քիչ խտացված 30% լուծույթի

2 O 2 , որը կոչվում է պերհիդրոլ, բայց նման լուծույթը նույնպես վտանգավոր է՝ այրվածքներ է առաջացնում մաշկի վրա (գործելու ժամանակ ներկանյութերի գունաթափման պատճառով մաշկը անմիջապես սպիտակում է), իսկ կեղտերի ներս մտնելու դեպքում հնարավոր է պայթուցիկ եռում։ Քայքայման Հ 2 O 2 իսկ դրա լուծույթները, այդ թվում՝ պայթուցիկները, առաջանում են բազմաթիվ նյութերից, օրինակ՝ ծանր մետաղների իոններից, որոնք այս դեպքում կատալիզատորի դեր են խաղում, և նույնիսկ փոշու մասնիկները։ 2 O 2 բացատրվում են ռեակցիայի ուժեղ էկզոթերմիկությամբ, գործընթացի շղթայական բնույթով և H-ի տարրալուծման ակտիվացման էներգիայի զգալի նվազմամբ։ 2 O 2 տարբեր նյութերի առկայության դեպքում, ինչպես կարելի է դատել հետևյալ տվյալներով.Արյան մեջ հայտնաբերված է կատալազ ֆերմենտը; Դրա շնորհիվ է, որ դեղագործական «ջրածնի պերօքսիդը» «եռում» է թթվածնի արտազատումից, երբ այն օգտագործվում է կտրված մատը ախտահանելու համար։ Հ–ի խտացված լուծույթի քայքայման ռեակցիան 2 O 2 ոչ միայն մարդիկ օգտագործում են կատալազ; Հենց այս ռեակցիան է օգնում ռմբակոծիչ բզեզին պայքարել թշնամիների դեմ՝ նրանց վրա տաք հոսք բաց թողնելով ( սմ . Պայթուցիկ նյութեր). Մեկ այլ ֆերմենտ՝ պերօքսիդազը, այլ կերպ է գործում՝ չի քայքայվում Հ 2 O 2 , սակայն դրա առկայության դեպքում տեղի է ունենում այլ նյութերի օքսիդացում ջրածնի պերօքսիդով։

Ֆերմենտները, որոնք ազդում են ջրածնի պերօքսիդի ռեակցիաների վրա, կարևոր դեր են խաղում բջջի կյանքում: Էներգիան մատակարարվում է մարմնին օքսիդացման ռեակցիաների միջոցով, որոնք ներառում են թոքերից եկող թթվածինը: Այս ռեակցիաներում Հ–ն առաջանում է միջանկյալ

2 O 2 , որը վնասակար է բջջի համար, քանի որ անդառնալի վնաս է հասցնում տարբեր բիոմոլեկուլներին։ Կատալազը և պերօքսիդազը միասին փոխակերպում են H 2 O 2 ջրի և թթվածնի մեջ:

H տարրալուծման ռեակցիա

2 O 2 հաճախ ընթանում է արմատական ​​շղթայի մեխանիզմով ( սմ. Շղթայական ռեակցիաներ), մինչդեռ կատալիզատորի դերը ազատ ռադիկալներ հարուցելն է։ Այսպիսով, Հ–ի ջրային լուծույթների խառնուրդում 2 O 2 և Fe 2+ (այսպես կոչված Fenton ռեագենտ) էլեկտրոնի փոխանցման ռեակցիա է տեղի ունենում Fe իոնից 2+ մեկ H 2 O 2 մոլեկուլի համար Fe իոնի առաջացմամբ 3+ և շատ անկայուն արմատական ​​անիոն . – , որն անմիջապես քայքայվում է OH անիոնի մեջ– և ազատ հիդրօքսիլ ռադիկալ OH. ( սմ. ԱԶԱՏ ՌԱԴԻԿԱԼՆԵՐ). Արմատական ​​ՆԱ. շատ ակտիվ. Եթե ​​համակարգում կան օրգանական միացություններ, ապա հնարավոր են տարբեր ռեակցիաներ հիդրօքսիլ ռադիկալների հետ։ Այսպիսով, անուշաբույր միացությունները և հիդրօքսի թթուները օքսիդանում են (բենզոլը, օրինակ, վերածվում է ֆենոլի), չհագեցած միացությունները կարող են հիդրօքսիլ խմբեր կցել կրկնակի կապին. 2 =CHCH 2 OH + 2OH: ® NOCH 2 CH(OH)CH 2 OH, և կարող է մտնել պոլիմերացման ռեակցիա: Համապատասխան ռեակտիվների բացակայության դեպքում OH. արձագանքում է H 2 O 2-ի հետ պակաս ակտիվ արմատական ​​ՀՕ-ի ձևավորմամբ 2 . , որն ունակ է նվազեցնել Fe իոնները 2+ , որը փակում է կատալիտիկ ցիկլը. H 2 O 2 + Fe 2 + ® Fe 3 + + OH . + Օհ Օհ. + H 2 O 2 ® H 2 O + HO 2 .

ՀՕ 2 . + Fe 3+

® Fe 2+ + O 2 + H + ® H 2 O: Որոշակի պայմաններում Հ–ի շղթայական տարրալուծումը 2 O 2 , որի պարզեցված մեխանիզմը կարելի է ներկայացնել գծապատկերով. + H 2 O 2 ® H 2 O + HO 2 . 2 . +H2O2® H 2 O + O 2 + OH . և այլն:

H տարրալուծման ռեակցիաներ

2 O 2 առաջանում են փոփոխական վալենտության տարբեր մետաղների առկայության դեպքում: Երբ կապված են բարդ միացությունների հետ, դրանք հաճախ զգալիորեն մեծացնում են իրենց ակտիվությունը: Օրինակ, պղնձի իոնները ավելի քիչ ակտիվ են, քան երկաթի իոնները, բայց կապված են ամոնիակային համալիրներում 2+ , առաջացնում են Հ–ի արագ տարրալուծում 2 O 2 . Նմանատիպ ազդեցություն ունեն Mn իոնները 2+ կապված է որոշակի օրգանական միացությունների հետ բարդույթների մեջ: Այս իոնների առկայության դեպքում հնարավոր է եղել չափել ռեակցիայի շղթայի երկարությունը։ Դա անելու համար մենք նախ չափեցինք ռեակցիայի արագությունը լուծույթից թթվածնի արտազատման արագությամբ: Այնուհետև շատ ցածր կոնցենտրացիան (մոտ 10 5 մոլ/լ) արգելակող նյութ, որն արդյունավետորեն փոխազդում է ազատ ռադիկալների հետ և այդպիսով կոտրում է շղթան։ Թթվածնի արտազատումը անմիջապես դադարեց, բայց մոտ 10 րոպե հետո, երբ ամբողջ արգելիչը սպառվեց, այն նորից վերսկսվեց նույն արագությամբ: Իմանալով ռեակցիայի արագությունը և շղթայի ավարտի արագությունը՝ հեշտ է հաշվարկել շղթայի երկարությունը, որը հավասար է 10-ի։ 3 հղումներ Մեծ շղթայի երկարությունը որոշում է H-ի տարրալուծման բարձր արդյունավետությունը 2 O 2 ամենաարդյունավետ կատալիզատորների առկայության դեպքում, որոնք բարձր արագությամբ առաջացնում են ազատ ռադիկալներ: Տվյալ շղթայի երկարության համար տարրալուծման արագությունը Հ 2 O 2 իրականում ավելանում է հազար անգամ:

Երբեմն նկատելի քայքայումը Հ

2 O 2 նույնիսկ առաջացնում են կեղտերի հետքեր, որոնք վերլուծական առումով գրեթե աննկատելի են: Այսպիսով, պարզվեց, որ ամենաարդյունավետ կատալիզատորներից մեկը մետաղի օսմիումի լուծույթն է. նրա ուժեղ կատալիտիկ ազդեցությունը նկատվել է նույնիսկ 1:10 նոսրացման դեպքում: 9 , այսինքն. 1 գ Os 1000 տոննա ջրին: Ակտիվ կատալիզատորներ են պալադիումի, պլատինի, իրիդիումի, ոսկու, արծաթի կոլոիդային լուծույթները, ինչպես նաև որոշ մետաղների MnO պինդ օքսիդներ։ 2, Co 2 O 3, PbO 2 և այլն, որոնք իրենք չեն փոխվում: Քայքայումը կարող է շատ արագ ընթանալ։ Այսպիսով, եթե մի փոքր պտղունց MnO 2 կաթիլ փորձանոթի մեջ H-ի 30% լուծույթով 2 O 2 , փորձանոթից հեղուկի շիթով դուրս է պայթում գոլորշու սյունը։ Ավելի խտացված լուծույթների դեպքում պայթյուն է տեղի ունենում: Պլատինի մակերևույթի վրա քայքայումը տեղի է ունենում ավելի հանգիստ: Այս դեպքում ռեակցիայի արագության վրա մեծ ազդեցություն ունի մակերեսի վիճակը: Գերմանացի քիմիկոս Վալտեր Սփրինգը վարել է 19-րդ դարի վերջին. նման փորձ. Մանրակրկիտ մաքրված և փայլեցված պլատինե գավաթում H-ի 38% լուծույթի քայքայման ռեակցիան 2 O 2 չէր գնում նույնիսկ մինչև 60°C տաքացնելիս: Եթե ասեղով հազիվ նկատելի քերծվածք եք անում բաժակի հատակին, ապա արդեն սառը (12°C) լուծույթը սկսում է թթվածնի պղպջակներ արձակել քերծվածքի տեղում, և երբ ջեռուցվում է, այս վայրի երկայնքով տարրալուծումը նկատելիորեն ուժեղանում է: Եթե ​​նման լուծույթի մեջ մտցվի սպունգանման պլատին, որն ունի շատ մեծ մակերես, ապա հնարավոր է պայթուցիկ քայքայումը։

Հ–ի արագ տարրալուծումը

2 O 2 կարող է օգտագործվել արդյունավետ դասախոսական փորձի համար, եթե կատալիզատորը ավելացնելուց առաջ լուծույթին ավելացնեն մակերեսային ակտիվ նյութ (օճառ, շամպուն): Արտազատված թթվածինը հարուստ սպիտակ փրփուր է ստեղծում, որը կոչվում է «փղերի ատամի մածուկ»։

Որոշ կատալիզատորներ սկսում են Հ–ի ոչ շղթայական տարրալուծումը

2 O 2, օրինակ՝ H 2 O 2 + 2I + 2H + ® 2H 2 O + I 2 ® 2I + 2H + + O 2: Ոչ շղթայական ռեակցիա է առաջանում նաև Fe իոնների օքսիդացման դեպքում 2+ թթվային լուծույթներում՝ 2FeSO 4 + H 2 O 2 + H 2 SO 4 ® Fe 2 (SO 4) 3 + 2H 2 O: Քանի որ ջրային լուծույթները գրեթե միշտ պարունակում են տարբեր կատալիզատորների հետքեր (ապակու մեջ պարունակվող մետաղական իոնները նույնպես կարող են կատալիզացնել տարրալուծումը), H-ի լուծույթները. 2 O 2 Երկարատև պահպանման ժամանակ նույնիսկ նոսրացված, ավելացվում են մետաղական իոններ կապող արգելակիչներ և կայունացուցիչներ: Այս դեպքում լուծույթները մի փոքր թթվացվում են, քանի որ մաքուր ջրի ազդեցությունը ապակու վրա առաջացնում է թույլ ալկալային լուծույթ, որը նպաստում է H-ի քայքայմանը: 2 O 2 . Հ–ի տարրալուծման այս բոլոր հատկանիշները 2 O 2 թույլ տվեք լուծել հակասությունը. Մաքուր Հ 2 O 2 անհրաժեշտ է թորում կատարել նվազեցված ճնշման տակ, քանի որ նյութը քայքայվում է, երբ տաքացվում է 70 ° C-ից բարձր և նույնիսկ, չնայած շատ դանդաղ, սենյակային ջերմաստիճանում (ինչպես նշված է Քիմիական հանրագիտարանում, տարեկան 0,5% արագությամբ): Այս դեպքում ինչպե՞ս է ստացվել նույն հանրագիտարանում 150,2°C հավասար եռման կետը մթնոլորտային ճնշման ժամանակ: Սովորաբար նման դեպքերում օգտագործվում է ֆիզիկաքիմիական օրենք. հեղուկի գոլորշիների ճնշման լոգարիթմը գծայինորեն կախված է հակադարձ ջերմաստիճանից (Քելվինի սանդղակով), այնպես որ, եթե ճշգրիտ չափում եք գոլորշիների ճնշումը H. 2 O 2 մի քանի (ցածր) ջերմաստիճանի դեպքում հեշտ է հաշվարկել, թե որ ջերմաստիճանում այս ճնշումը կհասնի 760 մմ Hg-ի: Եվ սա նորմալ պայմաններում եռման կետն է։

Տեսականորեն, OH ռադիկալներ

. կարող է ձևավորվել նաև նախաձեռնողների բացակայության դեպքում՝ ավելի թույլ OO կապի խզման հետևանքով, սակայն դրա համար պահանջվում է բավականին բարձր ջերմաստիճան։ Չնայած H մոլեկուլում այս կապի խզման համեմատաբար ցածր էներգիային 2 O 2 (դա հավասար է 214 կՋ/մոլի, ինչը 2,3 անգամ ավելի քիչ է, քան ջրի մոլեկուլի HOH կապը), OO կապը դեռ բավականաչափ ամուր է, որպեսզի ջրածնի պերօքսիդը բացարձակապես կայուն լինի սենյակային ջերմաստիճանում։ Եվ նույնիսկ եռման կետում (150°C) այն պետք է շատ դանդաղ քայքայվի։ Հաշվարկը ցույց է տալիս, որ երբԱյս ջերմաստիճանում 0,5% տարրալուծումը նույնպես պետք է տեղի ունենա բավականին դանդաղ, նույնիսկ եթե շղթայի երկարությունը 1000 օղակ է: Հաշվարկների և փորձարարական տվյալների միջև անհամապատասխանությունը բացատրվում է կատալիտիկ տարրալուծմամբ, որն առաջանում է հեղուկի և ռեակցիայի անոթի պատերի ամենափոքր կեղտերից: Հետևաբար, H տարրալուծման ակտիվացման էներգիան չափվել է բազմաթիվ հեղինակների կողմից 2 O 2 միշտ զգալիորեն պակաս, քան 214 կՋ/մոլ, նույնիսկ «կատալիզատորի բացակայության դեպքում»: Փաստորեն, տարրալուծման կատալիզատորը միշտ առկա է ինչպես լուծույթում աննշան կեղտերի տեսքով, այնպես էլ անոթի պատերի տեսքով, ինչի պատճառով էլ տաքացնելով անջուր Հ. 2 O 2 մթնոլորտային ճնշման տակ եռալը բազմիցս առաջացրել է պայթյուններ։

Որոշ պայմաններում Հ–ի տարրալուծումը

2 O 2 տեղի է ունենում շատ անսովոր, օրինակ, եթե տաքացնում եք H-ի լուծույթը 2 O 2 կալիումի յոդատի KIO-ի առկայության դեպքում 3 , ապա ռեագենտների որոշակի կոնցենտրացիաների դեպքում նկատվում է տատանողական ռեակցիա՝ թթվածնի արտազատումը պարբերաբար դադարում է և այնուհետև վերսկսվում 40-ից 800 վայրկյան ժամանակահատվածով։Հ–ի քիմիական հատկությունները 2 O 2 . Ջրածնի պերօքսիդը թթու է, բայց շատ թույլ: Դիսոցացիայի հաստատուն Հ 2 O 2 H + + HO 2 25° C-ում հավասար է 2,4 10 12 , որը 5 կարգով պակաս է, քան Հ 2 S. Միջին աղեր H 2 O 2 ալկալային և հողալկալիական մետաղները սովորաբար կոչվում են պերօքսիդներ ( սմ. ՊԵՐՕՔՍԻԴՆԵՐ). Ջրում լուծելիս գրեթե ամբողջությամբ հիդրոլիզվում են՝ Na 2 O 2 + 2H 2 O ® 2NaOH + H 2 O 2 . Հիդրոլիզը նպաստում է լուծույթների թթվացմանը։ Թթվի նման H 2 O 2 առաջացնում է նաև թթվային աղեր, օրինակ՝ Ba(HO 2) 2, NaHO 2 Թթվային աղերը ավելի քիչ են ենթարկվում հիդրոլիզի, բայց տաքացնելիս հեշտությամբ քայքայվում են՝ ազատելով թթվածին. 2NaHO 2® 2NaOH + O 2 . Ալկալին ազատ է արձակվել, ինչպես Հ 2 O 2 , նպաստում է քայքայմանը։

Լուծումներ Հ

2 O 2 , հատկապես խտացվածները, ունեն ուժեղ օքսիդացնող ազդեցություն։ Այսպիսով, 65% լուծույթի ազդեցության տակ Հ 2 O 2 թղթի, թեփի և այլ դյուրավառ նյութերի վրա դրանք բռնկվում են: Ավելի քիչ խտացված լուծույթները գունազրկում են շատ օրգանական միացություններ, օրինակ՝ ինդիգո: Ֆորմալդեհիդի օքսիդացումը տեղի է ունենում անսովոր՝ Հ 2 O 2 վերածվում է ոչ թե ջրի (ինչպես միշտ), այլ ազատ ջրածնի՝ 2HCHO + H 2 O 2 ® 2НСООН + Н 2 . Եթե ​​ընդունում եք H-ի 30% լուծույթ 2 O 2 և HCHO-ի 40% լուծույթ, ապա մի փոքր տաքացումից հետո սկսվում է բուռն ռեակցիա, հեղուկը եռում և փրփրում է։ Հ–ի նոսր լուծույթների օքսիդատիվ ազդեցությունը 2 O 2 առավել արտահայտված է թթվային միջավայրում, օրինակ՝ Հ 2 O 2 + H 2 C 2 O 4 ® 2H 2 O + 2CO 2 , բայց օքսիդացումը հնարավոր է նաև ալկալային միջավայրում.Na + H 2 O 2 + NaOH® Na 2; 2K 3 + 3H 2 O 2® 2KCrO 4 + 2KOH + 8H 2 O: Սև կապարի սուլֆիդի օքսիդացում մինչև սպիտակ սուլֆատ PbS+ 4H 2 O 2 ® PbSO 4 + 4H 2 O-ն կարող է օգտագործվել հին նկարների վրա գունաթափված կապարի սպիտակը վերականգնելու համար: Լույսի ազդեցության տակ տեղի է ունենում աղաթթվի օքսիդացում. H 2 O 2 + 2HCl ® 2H 2 O + Cl 2: Ավելացնելով H 2 O 2 թթուների նկատմամբ մեծապես մեծացնում է դրանց ազդեցությունը մետաղների վրա: Այսպիսով, խառնուրդում Հ 2 O 2 և նոսրացնել Հ 2 SO 4 պղինձը, արծաթը և սնդիկը լուծվում են; Յոդը թթվային միջավայրում օքսիդացվում է մինչև պարբերական թթու HIO 3 , ծծմբի երկօքսիդից ծծմբաթթու և այլն։

Անսովոր կերպով, գինաթթվի կալիումի նատրիումի աղի օքսիդացումը (Ռոշելի աղ) տեղի է ունենում կոբալտի քլորիդի առկայության դեպքում՝ որպես կատալիզատոր: KOOC(CHOH) ռեակցիայի ընթացքում

2 COONa + 5H 2 O 2 ® KHCO 3 + NaHCO 3 + 6H 2 O + 2CO 2վարդագույն CoCl 2 փոխում է գույնը դեպի կանաչ՝ թարթաթթվի անիոնով բարդ միացության առաջացման պատճառով։ Քանի որ ռեակցիան ընթանում է, և տարտրատը օքսիդանում է, համալիրը քայքայվում է, և կատալիզատորը կրկին դառնում է վարդագույն: Եթե ​​կոբալտի քլորիդի փոխարեն որպես կատալիզատոր օգտագործվում է պղնձի սուլֆատը, ապա միջանկյալ միացությունը, կախված սկզբնական ռեակտիվների հարաբերակցությունից, կունենա նարնջագույն կամ կանաչ գույն։ Ռեակցիայի ավարտից հետո պղնձի սուլֆատի կապույտ գույնը վերականգնվում է:

Ջրածնի պերօքսիդը բոլորովին այլ կերպ է արձագանքում ուժեղ օքսիդացնող նյութերի, ինչպես նաև այն նյութերի առկայության դեպքում, որոնք հեշտությամբ ազատում են թթվածինը: Նման դեպքերում Ն

2 O 2 կարող է նաև հանդես գալ որպես վերականգնող նյութ՝ թթվածնի միաժամանակյա արտազատմամբ (այսպես կոչված, H-ի վերականգնողական տարրալուծում 2 O 2), օրինակ. 2KMnO 4 + 5H 2 O 2 + 3H 2 SO 4® K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 5O 2 + 8H 2 O;

Ag 2 O + H 2 O 2

® 2Ag + H 2 O + O 2; O 3 + H 2 O 2 ® H 2 O + 2O 2; ® NaCl + H 2 O + O 2: Վերջին ռեակցիան հետաքրքիր է, քանի որ այն արտադրում է գրգռված թթվածնի մոլեկուլներ, որոնք արտանետում են նարնջագույն ֆլյուորեսցենտ ( սմ. ՔԼՈՐ ԱԿՏԻՎ). Նմանապես, մետաղական ոսկին ազատվում է ոսկու աղերի լուծույթներից, մետաղական սնդիկը ստացվում է սնդիկի օքսիդից և այլն։ Նման անսովոր հատկություն 2 O 2 թույլ է տալիս, օրինակ, իրականացնել կալիումի հեքսացիանոֆերատի (II) օքսիդացում, այնուհետև, պայմանները փոխելով, նույն ռեագենտի միջոցով վերականգնել ռեակցիայի արտադրանքը սկզբնական միացությանը: Առաջին ռեակցիան տեղի է ունենում թթվային միջավայրում, երկրորդը՝ ալկալային միջավայրում.2K 4 + H 2 O 2 + H 2 SO 4® 2K 3 + K 2 SO 4 + 2H 2 O;

2K3 + H2O2 + 2KOH

® 2K 4 + 2H 2 O + O 2.(«Երկակի կերպար» Ն 2 O 2 Քիմիայի մի ուսուցչի թույլ տվեց համեմատել ջրածնի պերօքսիդը հայտնի անգլիացի գրող Սթիվենսոնի պատմվածքի հերոսի հետ։ Բժիշկ Ջեքիլի և պարոն Հայդի տարօրինակ դեպքը, իր հորինած կոմպոզիցիայի ազդեցության տակ նա կարող էր կտրուկ փոխել իր բնավորությունը՝ պատկառելի ջենթլմենից վերածվելով արյունարբու մոլագարի։)H 2 O 2-ի ստացում:Մոլեկուլներ H 2 O 2 միշտ քիչ քանակությամբ են ստացվում տարբեր միացությունների այրման և օքսիդացման ժամանակ։ Այրելու ժամանակ Հ 2 O 2 ձևավորվում է կամ ելակետային միացություններից ջրածնի ատոմների աբստրակցիայով միջանկյալ հիդրոպերօքսիդի ռադիկալներով, օրինակ՝ HO 2 . + CH 4 ® H 2 O 2 + CH 3 . , կամ ակտիվ ազատ ռադիկալների ռեկոմբինացիայի արդյունքում՝ 2OH. ® Н 2 О 2, Н. + ԲԱՅՑ 2 . ® H 2 O 2 . Օրինակ, եթե թթվածին-ջրածնի բոցն ուղղված է սառույցի մի կտորի վրա, ապա հալված ջուրը նկատելի քանակությամբ H կպարունակի: 2 O 2 , ձևավորվել է ազատ ռադիկալների (H մոլեկուլի բոցում) վերամիավորման արդյունքում 2 O 2 անմիջապես քայքայվել): Նմանատիպ արդյունք է ստացվում, երբ այրվում են այլ գազեր։ Կրթություն Ն 2 O 2 կարող է առաջանալ նաև ցածր ջերմաստիճանի դեպքում՝ տարբեր ռեդոքս պրոցեսների արդյունքում:

Արդյունաբերության մեջ ջրածնի պերօքսիդը վաղուց արդեն չի արտադրվում Tenara մեթոդով բարիումի պերօքսիդից, սակայն օգտագործվում են ավելի ժամանակակից մեթոդներ։ Դրանցից մեկը ծծմբաթթվի լուծույթների էլեկտրոլիզն է։ Այս դեպքում անոդում սուլֆատ իոնները օքսիդացվում են պերսուլֆատ իոնների՝ 2SO.

4 2 2e ® S 2 O 8 2 . Այնուհետև պերծծմբաթթուն հիդրոլիզացվում է. H 2 S 2 O 8 + 2H 2 O ® H 2 O 2 + 2H 2 SO 4: Կաթոդում, ինչպես սովորաբար, տեղի է ունենում ջրածնի էվոլյուցիա, ուստի ընդհանուր ռեակցիան նկարագրվում է 2H հավասարմամբ։ 2 O ® H 2 O 2 + H 2 . Բայց հիմնական ժամանակակից մեթոդը (համաշխարհային արտադրության ավելի քան 80%-ը) որոշ օրգանական միացությունների օքսիդացումն է, օրինակ՝ էթիլանտրահիդրոքինոնը, մթնոլորտի թթվածնով օրգանական լուծիչում, մինչդեռ H2-ը ձևավորվում է անտրահիդրոքինոնից։ 2 O 2 և համապատասխան անտրախինոնը, որն այնուհետև կատալիզատորի վրա գտնվող ջրածնի հետ կրկին վերածվում է անտրահիդրոքինոնի: Ջրածնի պերօքսիդը խառնուրդից հանվում է ջրով և խտացվում թորման միջոցով։ Նմանատիպ ռեակցիա տեղի է ունենում իզոպրոպիլային սպիրտ օգտագործելիս (դա տեղի է ունենում հիդրոպերօքսիդի միջանկյալ ձևավորման դեպքում). 3) 2 CHOH + O 2 ® (CH 3) 2 C (UN) OH ® (CH 3) 2 CO + H 2 O 2 . Անհրաժեշտության դեպքում ստացված ացետոնը կարող է նաև վերածվել իզոպրոպիլային ալկոհոլի:H 2 O 2-ի կիրառում: Ջրածնի պերօքսիդը լայնորեն կիրառվում է, և դրա համաշխարհային արտադրությունը տարեկան հասնում է հարյուր հազարավոր տոննայի։ Այն օգտագործվում է անօրգանական պերօքսիդներ արտադրելու համար, որպես հրթիռային վառելիքի օքսիդիչ, օրգանական սինթեզներում, յուղերի, ճարպերի, գործվածքների, թղթի սպիտակեցման, կիսահաղորդչային նյութերի մաքրման, հանքաքարերից արժեքավոր մետաղներ հանելու համար (օրինակ՝ ուրան՝ իր չլուծվող ձևը փոխակերպելու միջոցով։ լուծվողի մեջ), կեղտաջրերի մաքրման համար: Բժշկության մեջ լուծումներ Ն 2 O 2 օգտագործվում է լորձաթաղանթի բորբոքային հիվանդությունների (ստոմատիտ, կոկորդի ցավ) ողողման և քսելու համար, թարախային վերքերի բուժման համար։ Կոնտակտային ոսպնյակների պատյանները երբեմն ունեն շատ փոքր քանակությամբ պլատինե կատալիզատոր, որը տեղադրված է կափարիչի մեջ: Ախտահանման համար ոսպնյակները լցվում են մատիտատուփի մեջ H-ի 3% լուծույթով 2 O 2 , բայց քանի որ այս լուծույթը վնասակար է աչքերի համար, որոշ ժամանակ անց մատիտատուփը շրջվում է։ Այս դեպքում կափարիչի կատալիզատորը արագ քայքայվում է Հ 2 O 2 մաքուր ջրի և թթվածնի համար:

Ժամանակին նորաձև էր մազերը «պերօքսիդով» գունաթափելը, այժմ կան ավելի անվտանգ ներկանյութեր:

Որոշ աղերի առկայության դեպքում ջրածնի պերօքսիդը ձևավորում է մի տեսակ պինդ «խտանյութ», որն ավելի հարմար է տեղափոխել և օգտագործել։ Այսպիսով, եթե H ավելացնեք նատրիումի բորատի շատ սառեցված հագեցած լուծույթին (բորակ)

2 O 2 առկայության դեպքում նատրիումի պերոքսոբորատ Na-ի մեծ թափանցիկ բյուրեղներ 2 [(BO 2) 2 (OH) 4 ]. Այս նյութը լայնորեն օգտագործվում է գործվածքները սպիտակեցնելու և որպես լվացող միջոցների բաղադրիչ: Մոլեկուլները Հ 2 O 2 ջրի մոլեկուլների նման ունակ են ներթափանցել աղերի բյուրեղային կառուցվածք՝ ձևավորելով բյուրեղային հիդրատների պերօքսոհիդրատների նման մի բան, օրինակ՝ K 2 CO 3 3H 2 O 2, Na 2 CO 3 1.5H 2 O; վերջին միացությունը սովորաբար հայտնի է որպես «պերսոլ»:

Այսպես կոչված «հիդրոպերիտ» CO(NH

2) 2 H 2 O 2 կլատրատային միացություն է՝ ներառելով H մոլեկուլները 2 O 2 միզանյութի բյուրեղային ցանցի դատարկությունների մեջ:

Անալիտիկ քիմիայում ջրածնի պերօքսիդը կարող է օգտագործվել որոշ մետաղներ որոշելու համար։ Օրինակ, եթե տիտանի (IV) աղի տիտանիլ սուլֆատի լուծույթին ավելացվում է ջրածնի պերօքսիդ, ապա լուծույթը դառնում է վառ նարնջագույն՝ պերտիտանաթթվի ձևավորման պատճառով.

TiOSO 4 + H 2 SO 4 + H 2 O 2 ® H 2 + H 2 O.Անգույն մոլիբդատ իոն MoO 4 2-ը օքսիդացված է H 2 O 2-ով ինտենսիվ նարնջագույն պերօքսիդի անիոնի մեջ: Հ–ի առկայությամբ կալիումի երկքրոմատի թթվացված լուծույթը 2 O 2 առաջացնում է պերքրոմաթթու՝ Կ2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 + 5H 2 O 2® H 2 Cr 2 O 12 + K 2 SO 4 + 5H 2Օ, որը բավականին արագ քայքայվում է՝ Հ 2 Cr 2 O 12 + 3H 2 SO 4 ® Cr 2 (SO 4) 3 + 4H 2 O + 4O 2. Եթե ​​գումարենք այս երկու հավասարումները, ապա կստանանք կալիումի երկքրոմատի վերացման ռեակցիան ջրածնի պերօքսիդի հետ.K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 + 5H 2 O 2® Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 9H 2 O + 4O 2.Պերքրոմաթթուն կարելի է արդյունահանել ջրային լուծույթից եթերի հետ (այն շատ ավելի կայուն է եթերի լուծույթում, քան ջրում)։ Եթերային շերտը դառնում է ինտենսիվ կապույտ:

Իլյա Լինսոն

ԳՐԱԿԱՆՈՒԹՅՈՒՆ Dolgoplosk B.A., Tinyakova E.I. Ազատ ռադիկալների առաջացումը և դրանց ռեակցիաները. Մ., Քիմիա, 1982
Ջրածնի պերօքսիդի քիմիա և տեխնոլոգիա. Լ., Քիմիա, 1984

Օ.Ս.ԶԱՅՑԵՎ

ՔԻՄԻԱ ԳԻՐՔ

ՄԻՋՆԱԿԱՐԳ ԴՊՐՈՑԻ ՈՒՍՈՒՑԻՉՆԵՐԻ ՀԱՄԱՐ,
ՄԱՆԿԱՎԱՐԺԱԿԱՆ ՀԱՄԱԼՍԱՐԱՆՆԵՐԻ ՈՒՍԱՆՈՂՆԵՐ ԵՎ 9-10 ԴԱՍԱՐԱՆԻ ԴՊՐՈՑԱԿԱՆՆԵՐ,
ՈՎՔԵՐ ՈՐՈՇԵԼ ԵՆ ՆՎԻՐՎԵԼ ՔԻՄԻԱՅԻՆ ԵՎ ԲՆԱԳԻՏՈՒԹՅԱՆԸ.

ԴԱՍԳՐՔԻ ԱՌԱՋԱԴՐԱՆՔ ԼԱԲՈՐԱՏՈՐԱԿԱՆ ԳՈՐԾՆԱԿԱՆ ԳԻՏԱԿԱՆ ՊԱՏՄՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐ ԸՆԹԵՐՑՄԱՆ ՀԱՄԱՐ.

Շարունակություն. Տե՛ս No 4–14, 16–28, 30–34, 37–44, 47, 48/2002;
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23,
24, 25-26, 27-28, 29, 30, 31, 32, 35, 36, 37, 39, 41, 42, 43, 44, 46, 47/2003;
1, 2, 3, 4, 5, 7, 11, 13, 14, 16, 17, 20, 22/2004

§ 8.1 Redox ռեակցիաներ

(շարունակություն)

ԱՌԱՋԱԴՐԱՆՔՆԵՐ ԵՎ ՀԱՐՑԵՐ

1. Օգտագործելով ստոյխիոմետրիկ գործակիցների ընտրության էլեկտրոն-իոնային մեթոդը, կազմեք օքսիդավերականգնման ռեակցիաների հավասարումներ, որոնք ընթանում են հետևյալ սխեմաների համաձայն (ջրի բանաձևը նշված չէ).

Խնդրում ենք նկատի ունենալ, որ միացությունները ներառում են օրգանական նյութեր: Փորձեք գտնել գործակիցներ՝ օգտագործելով օքսիդացման վիճակները կամ վալենտները:
2. Ընտրեք ցանկացած երկու էլեկտրոդի ռեակցիայի հավասարումներ.

Էլեկտրոդային գործընթացների երկու գրավոր հավասարումներից կազմե՛ք մեկ ամփոփիչ հավասարում: Անվանեք օքսիդացնող և վերականգնող նյութը: Հաշվեք ռեակցիայի EMF-ը, դրա Գև հավասարակշռության հաստատունը: Եզրակացություն արեք այս ռեակցիայի հավասարակշռության տեղաշարժի ուղղության վերաբերյալ։

Եթե ​​մոռացել եք ինչ անել, հիշեք, թե ինչ է ասվել վերևում։ Դուք գրում եք ցանկացած երկու հավասարում այս ցուցակից: Նայեք նրանց էլեկտրոդների պոտենցիալների արժեքներին և վերագրեք հավասարումներից մեկը հակառակ ուղղությամբ: Ո՞ր մեկը, ինչու և ինչու:Հիշեք, որ տրված և ստացված էլեկտրոնների թիվը պետք է հավասար լինեն, գործակիցները բազմապատկեք որոշակի թվով (որ?)և գումարեք երկու հավասարումները: Էլեկտրոդների պոտենցիալները նույնպես ամփոփված են, բայց դուք դրանք չեք բազմապատկում գործընթացին մասնակցող էլեկտրոնների քանակով։ Դրական EMF արժեքը ցույց է տալիս ռեակցիայի հնարավորությունը: Հաշվարկի համար Գև հավասարակշռության հաստատունները, ձեր հաշվարկած EMF արժեքը փոխարինեք ավելի վաղ ստացված բանաձևերով:

3. Արդյո՞ք կալիումի պերմանգանատի ջրային լուծույթը կայուն է: Հարցը կարելի է տարբեր կերպ ձևակերպել հետևյալ կերպ՝

4. Օդի թթվածնի միջոցով օքսիդացումը ջրային լուծույթում նկարագրվում է հետևյալ հավասարմամբ.

O 2 + 4H + + 4 ե= 2H 2 O, Ե= 0,82 Վ.

Որոշեք, թե արդյոք հնարավո՞ր է 2-րդ առաջադրանքի հավասարման աջ կողմում գրված նյութերը օքսիդացնել օդի թթվածնով, որոնք գրված են այս հավասարումների աջ կողմում: Ուսուցիչը ձեզ կասի հավասարման համարը:

Հնարավոր է, որ այս առաջադրանքը դժվար կատարվի: Սա ձեր բնավորության գլխավոր թերությունն է՝ ձեզ թվում է, թե առաջադրանքն անհնար է, և դուք անմիջապես հրաժարվում եք այն լուծելու փորձից, թեև ունեք բոլոր անհրաժեշտ գիտելիքները: Այս դեպքում դուք պետք է գրեք թթվածնի և ջրածնի իոնների ռեակցիայի հավասարումը և ձեզ հետաքրքրող հավասարումը: Տեսեք, թե որ ռեակցիան ունի էլեկտրոններ նվիրելու ավելի բարձր կարողություն (դրա պոտենցիալը պետք է լինի ավելի բացասական կամ պակաս դրական), վերագրեք դրա հավասարումը հակառակ ուղղությամբ՝ հակադարձելով էլեկտրոդի ներուժի նշանը և գումարեք մյուս հավասարման հետ։ Դրական EMF արժեքը ցույց կտա ռեակցիայի հավանականությունը:

5. Գրե՛ք պերմանգանատ իոնի և ջրածնի պերօքսիդի H 2 O 2 ռեակցիայի հավասարումը: Ռեակցիան առաջացնում է Mn 2+ և O 2: Ի՞նչ հավանականություն ստացաք:
Եվ ես հանգեցի հետևյալ հավասարմանը.

7H 2 O 2 + 2 + 6H + = 2Mn 2+ + 6O 2 + 10H 2 O:

Գտեք սխալը, եթե ես սխալվել եմ, կամ բացատրեք, թե ինչու են ձեր հավանականությունները տարբեր: Այս առաջադրանքը նախատեսված է ստուգելու ձեր ինտելեկտը և քիմիայի այլ բաժինների նյութերի իմացությունը:

Թթվային լուծույթում (ծծմբաթթու) ջրածնի պերօքսիդի հետ պերմանգանատի իոնի արձագանքը կարող է ներկայացվել տարբեր գործակիցներով մի քանի հավասարումներով, օրինակ.

5H 2 O 2 + 2 + 6H + = 2Mn 2+ + 5O 2 + 8H 2 O,

7H 2 O 2 + 2 + 6H + = 2Mn 2+ + 6O 2 + 10H 2 O,

9H 2 O 2 + 2 + 6H + = 2Mn 2+ + 7O 2 + 12H 2 O:

Նշեք դրա պատճառը և գրեք առնվազն ևս մեկ հավասարում ջրածնի պերօքսիդի հետ պերմանգանատի իոնի ռեակցիայի համար։

Եթե ​​կարողացաք բացատրել նման տարօրինակ երևույթի պատճառը, բացատրեք հետևյալ հավասարումները գրելու հնարավորության պատճառը.

3H 2 O 2 + 2 + 6H + = 2Mn 2+ + 4O 2 + 6H 2 O,

H 2 O 2 + 2 + 6H + = 2Mn 2+ + 3O 2 + 4H 2 O:

Կարո՞ղ են ռեակցիաները տեղի ունենալ ըստ այս երկու հավասարումների:

Պատասխանել.Ջրածնի պերօքսիդի հետ պերմանգանատի իոնների արձագանքը դրվում է ջրածնի պերօքսիդի տարրալուծման զուգահեռ ռեակցիայի վրա.

2H 2 O 2 = O 2 + 2H 2 O:

Դուք կարող եք գումարել հիմնական ռեակցիայի հավասարումը այս հավասարման անսահման մեծ թվով և ստանալ բազմաթիվ հավասարումներ տարբեր ստոյխիոմետրիկ գործակիցներով:

6. Այս առաջադրանքը կարող է ծառայել որպես շարադրության կամ զեկույցի թեմա:

Քննարկեք Fe 3+ իոնների վերականգնողական ռեակցիայի հնարավորությունը ջրածնի պերօքսիդի հետ ջրային լուծույթում.

2Fe 3+ + H 2 O 2 = 2Fe 2+ + O 2 + 2H +:

Հաշվեք ռեակցիայի EMF-ը, դրա Գև հավասարակշռության հաստատունը՝ օգտագործելով ստանդարտ էլեկտրոդի պոտենցիալները.

Բաղադրիչների կոնցենտրացիայից ռեակցիայի արագության կախվածության ուսումնասիրությունը ցույց է տվել, որ երբ Fe 3+ կամ H 2 O 2-ի անհատական ​​կոնցենտրացիան կրկնապատկվում է, ռեակցիայի արագությունը կրկնապատկվում է: Ո՞րն է ռեակցիայի կինետիկ հավասարումը: Որոշեք, թե ինչպես կփոխվի ռեակցիայի արագությունը, երբ Fe 3+ կամ H 2 O 2 կոնցենտրացիան երեք անգամ ավելանա: Գուշակիր, թե ինչպես կփոխվի ռեակցիայի արագությունը, երբ լուծույթը երկու կամ տասը անգամ նոսրացնեն ջրով:
Առաջարկվել է ռեակցիայի հետևյալ մեխանիզմը.

H 2 O 2 = H + H + (արագ),

Fe 3+ + H = Fe 2+ + HO 2 (դանդաղ),

Fe 3+ + HO 2 = Fe 2+ + H + + O 2 (արագ):

Ապացուցեք, որ այս մեխանիզմը չի հակասում արագության վերոնշյալ կախվածությանը ռեակտիվների կոնցենտրացիաներից: Ո՞ր փուլն է սահմանափակող: Ո՞րն է նրա մոլեկուլյարությունը և ո՞րն է նրա կարգը: Ո՞րն է ռեակցիայի ընդհանուր կարգը: Նկատի ունեցեք բարդ իոնների և մոլեկուլների առկայությունը, ինչպիսիք են H և HO 2-ը, և որ յուրաքանչյուր ռեակցիա առաջացնում է երկու կամ նույնիսկ երեք մասնիկ: (Ինչու՞ չկան մեկ մասնիկի ձևավորման փուլեր):

7. Թարգմանել ռուսերեն:

Կարևոր ռեակցիայի տեսակը էլեկտրոնների փոխանցման ռեակցիան է, որը նաև հայտնի է որպես օքսիդացում-վերականգնում կամ ռեդոքս ռեակցիա: Նման ռեակցիայի ժամանակ թվում է, թե մեկ կամ մի քանի էլեկտրոններ տեղափոխվում են մի ատոմից մյուսը: Օքսիդացումը ի սկզբանե նշանակում էր թթվածնի գազի հետ համադրություն, բայց այնքան շատ այլ ռեակցիաներ երևում էին, որ նման են թթվածնի հետ ռեակցիաներին, որ տերմինը ի վերջո ընդլայնվեց՝ վերաբերելու ցանկացած ռեակցիայի, որի դեպքում նյութը կամ տեսակը կորցնում է էլեկտրոններ: Կրճատումը էլեկտրոնների շահույթ է: Թվում է, թե տերմինն իր ծագումն ունի մետալուրգիական տերմինաբանության մեջ՝ հանքաքարի վերածումը իր մետաղի: Կրճատումը օքսիդացման ճիշտ հակառակն է: Օքսիդացումը չի կարող տեղի ունենալ առանց դրա հետ զուգակցված նվազեցման. այսինքն՝ էլեկտրոնները չեն կարող կորչել, եթե այլ բան ձեռք չբերի դրանք։

ԼԱԲՈՐԱՏՈՐԻԱՅԻ ՀԵՏԱԶՈՏՈՒԹՅՈՒՆ

Ձեզ առաջարկվող առաջադրանքները, ինչպես նախկինում էր, կարճ հետազոտական ​​աշխատանքներ են: Փորձերի համար ընտրվել են ռեակցիաներ, որոնք կարևոր են ոչ միայն քիմիայի, այլև էկոլոգիայի մեջ։ Ամենևին էլ պարտադիր չէ ավարտել բոլոր փորձերը՝ ընտրեք ձեզ հետաքրքրողներին: Ցանկալի է աշխատել փոքր խմբերով (2-3 հոգի): Սա նվազեցնում է փորձի ժամանակը, խուսափում է սխալներից և, ամենակարևորը, թույլ է տալիս ներգրավվել գիտական ​​հաղորդակցության մեջ, որը զարգացնում է գիտական ​​լեզուն:

1. Ջրածնի պերօքսիդի ռեդոքս հատկությունները.

Ջրածնի պերօքսիդ H 2 O 2-ը ամենակարևոր օքսիդացնող նյութն է, որն օգտագործվում է առօրյա կյանքում, տեխնոլոգիայի մեջ և ջուրը օրգանական աղտոտիչներից մաքրելիս: Ջրածնի պերօքսիդը էկոլոգիապես մաքուր օքսիդացնող նյութ է, քանի որ դրա տարրալուծման արտադրանքները՝ թթվածինը և ջուրը, չեն աղտոտում շրջակա միջավայրը: Հայտնի է ջրածնի պերօքսիդի և պերօքսիդի օրգանական միացությունների դերը կենսաբանական օքսիդացում-վերականգնման գործընթացներում։
Կենցաղային և կրթական նպատակներով ջրածնի պերօքսիդի 3–6% լուծույթները սովորաբար պատրաստվում են 30% լուծույթից՝ ջրով նոսրացնելով։ Պահպանման ընթացքում ջրածնի պերօքսիդը քայքայվում է՝ ազատելով թթվածինը (չի կարող պահվել ամուր փակ տարաներում):. Որքան ցածր է ջրածնի պերօքսիդի կոնցենտրացիան, այնքան ավելի կայուն է այն: Քայքայումը դանդաղեցնելու համար ավելացրեք ֆոսֆորական, սալիցիլաթթուներ և այլ նյութեր։ Երկաթի, պղնձի, մանգանի և կատալազ ֆերմենտի աղերը հատկապես ուժեղ ազդեցություն ունեն ջրածնի պերօքսիդի վրա։
Ջրածնի պերօքսիդի 3%-անոց լուծույթը բժշկության մեջ օգտագործվում է ստոմատիտի և կոկորդի ցավի դեպքում բերանը լվանալու և ողողելու համար։
Ջրածնի պերօքսիդի 30% լուծույթը կոչվում է պերհիդրոլ. Պերհիդրոլը պայթուցիկ չէ: Երբ պերհիդրոլը հայտնվում է մաշկի վրա, այն առաջացնում է այրվածքներ, այրվածքներ, քոր և բշտիկներ, իսկ մաշկը սպիտակում է: Այրված տարածքը պետք է արագ ողողել ջրով։ Պերհիդրոլը բժշկության մեջ օգտագործվում է թարախային վերքերի բուժման և ստոմատիտի լնդերի բուժման համար։ Կոսմետոլոգիայում այն ​​օգտագործվում է դեմքի մաշկի վրա տարիքային բծերը հեռացնելու համար։ Հագուստի վրա ջրածնի պերօքսիդի բծերը հնարավոր չէ հեռացնել: Ջրածնի պերօքսիդը տեքստիլ արդյունաբերության մեջ օգտագործվում է բուրդն ու մետաքսը, ինչպես նաև մորթիները սպիտակեցնելու համար։
Մշտապես աճում է ջրածնի պերօքսիդի խտացված (90–98%) լուծույթների արտադրությունը։ Նման լուծույթները պահվում են ալյումինե տարաներում՝ նատրիումի պիրոֆոսֆատ Na 4 P 2 O 7 հավելումով։ Խտացված լուծույթները կարող են պայթուցիկ կերպով քայքայվել: Ջրածնի պերօքսիդի կենտրոնացված լուծույթը օքսիդի կատալիզատորի վրա 700 °C-ում քայքայվում է ջրի գոլորշու և թթվածնի, որը ծառայում է որպես ռեակտիվ շարժիչների վառելիքի օքսիդիչ:

Ջրածնի պերօքսիդը կարող է դրսևորել ինչպես օքսիդացնող, այնպես էլ նվազեցնող հատկություններ:
Ջրածնի պերօքսիդի համար օքսիդացնող նյութի դերն առավել բնորոշ է.

H 2 O 2 + 2H + + 2 ե= 2H 2 O,

օրինակ՝ արձագանքում.

2KI + H 2 O 2 + H 2 SO 4 = I 2 + K 2 SO 4 + 2H 2 O:

Ջրածնի պերօքսիդը որպես վերականգնող նյութ.
1) թթվային միջավայրում.

H 2 O 2 – 2 ե= O 2 + 2H +;

2) հիմնական (ալկալային) միջավայրում.

H 2 O 2 + 2OH - – 2 ե= O 2 + 2H 2 O:

Ռեակցիաների օրինակներ.
1) թթվային միջավայրում.

2KMnO 4 + 5H 2 O 2 + 3H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 5O 2 + 8H 2 O;

2) հիմնական միջավայրում.

2KMnO 4 + H 2 O 2 + 2KOH = 2K 2 MnO 4 + O 2 + 2H 2 O

Ջրածնի պերօքսիդի օքսիդացնող հատկություններն ավելի արտահայտված են թթվային միջավայրում, իսկ վերականգնող հատկությունները՝ ալկալային միջավայրում։

1 ա. Ջրածնի պերօքսիդի քայքայումը.

Փորձանոթի մեջ լցնել ջրածնի պերօքսիդի 2–3 մլ լուծույթ և լուծույթը տաքացնել ջրային բաղնիքում։ Գազի թողարկումը պետք է սկսվի: (Որ մեկը?)Փորձնականորեն ապացուցեք, որ դա հենց այն գազն է, որը դուք ակնկալում էիք ստանալ:
Մանգանի երկօքսիդի հատիկը գցեք ջրածնի պերօքսիդի լուծույթով մեկ այլ փորձանոթի մեջ: Ապացուցեք, որ նույն գազը բաց է թողնվում:
Գրի՛ր ջրածնի պերօքսիդի տարրալուծման հավասարումը և առանձին՝ էլեկտրոնների ընդունման և արձակման հավասարումները։ Ի՞նչ տեսակի ռեդոքս ռեակցիա է սա:
Հաշվեք ռեակցիայի EMF-ն, եթե.

Այս երկու ռեակցիաներից որն ունի էլեկտրոններ նվիրելու ավելի մեծ կարողություն և պետք է վերաշարադրվի հակառակ ուղղությամբ: Ռեակցիայի emf արժեքից հաշվարկեք Գռեակցիայի և հավասարակշռության հաստատուն.

Համեմատեք արդյունքները ԳԵվ Թերմոդինամիկական տվյալներից ստացված հավասարակշռության հաստատուն.

Արդյո՞ք ձեր հաշվարկների արդյունքները նույնն են: Եթե ​​արդյունքների մեջ որոշակի անհամապատասխանություն կա, փորձեք գտնել պատճառները։

1բ. Ջրածնի պերօքսիդի հայտնաբերում.

Մի քանի կաթիլ ջրածնի պերօքսիդի լուծույթ ավելացրեք ծծմբաթթվով նոսրացված և թթվացված կալիումի յոդիդի լուծույթին (2–3 մլ): Լուծումը կդառնա դեղնադարչնագույն։ Երբ դրան մի քանի կաթիլ օսլայի լուծույթ են ավելացնում, խառնուրդի գույնը ակնթարթորեն կապույտ է դառնում։ Գրի՛ր ռեակցիայի հավասարումը (դուք գիտեք գոյացած նյութերը):.
Հաշվեք ռեակցիայի EMF-ը, որպեսզի համոզվեք, որ ռեակցիան հնարավոր է (ընտրեք ձեզ անհրաժեշտ ռեակցիան).

1-ին դար Սև կապարի սուլֆիդ և ջրածնի պերօքսիդ:

Հին վարպետներն իրենց նկարները ներկում էին կապարի սպիտակի հիման վրա պատրաստված ներկերով, որը ներառում էր սպիտակ հիմնական կարբոնատ 2PbCO 3 Pb(OH) 2։ Ժամանակի ընթացքում կապարի սպիտակը դառնում է սև, և դրա վրա հիմնված ներկերը ջրածնի սուլֆիդի ազդեցությամբ փոխում են գույնը, և առաջանում է սև կապարի սուլֆիդ PbS։ Եթե ​​նկարը խնամքով մաքրվում է ջրածնի պերօքսիդի նոսր լուծույթով, կապարի սուլֆիդը վերածվում է սպիտակ կապարի սուլֆատի PbSO 4-ի, և նկարը գրեթե ամբողջությամբ վերադառնում է իր սկզբնական տեսքին:

Փորձանոթի մեջ լցնել 1–2 մլ կապարի նիտրատի Pb(NO 3) 2 կամ կապարի ացետատ Pb(CH 3 COO) 2 0,1 մ լուծույթ։ (վաճառվում է դեղատներում որպես կապարի լոսյոն). Լցնել մի քիչ ջրածնի սուլֆիդի կամ նատրիումի սուլֆիդի լուծույթի մեջ։ Ստացված սև նստվածքից քամել լուծույթը և մշակել ջրածնի պերօքսիդի լուծույթով։ Գրի՛ր ռեակցիայի հավասարումները։
Կապարի բոլոր միացությունները թունավոր են:

1 տարի Հիդրոպերիտից ջրածնի պերօքսիդի լուծույթի պատրաստում.

Եթե ​​չկարողացաք ջրածնի պերօքսիդի լուծույթ ստանալ, ապա լաբորատոր աշխատանքի համար կարող եք օգտագործել հիդրոպերիտը, որի հաբերը կարելի է գնել դեղատնից։

Հիդրոպերիտը ջրածնի պերօքսիդի բարդ միացություն է միզանյութով (ուրա) NH 2 CONH 2 H 2 O 2: Ջրի մեջ լուծվելիս ստացվում է ջրածնի պերօքսիդի և միզանյութի NH 2 CONH 2 լուծույթ։ Հիդրոպերիտի լուծույթը օգտագործվում է ջրածնի պերօքսիդի լուծույթի փոխարեն որպես հակասեպտիկ և մազերը ներկելիս։ Բերանը և կոկորդը ողողելու համար 1 դեղահատ լուծեք մեկ բաժակ ջրի մեջ (0,25% ջրածնի պերօքսիդ լուծույթ): Հիդրոպերիտի մեկ դեղահատը կշռում է 1,5 գ և համապատասխանում է 15 մլ
(1 ճաշի գդալ) 3% ջրածնի պերօքսիդ լուծույթ:

Հաշվե՛ք, թե հիդրոպերիտի քանի հաբ պետք է լուծել 100 մլ ջրի մեջ՝ մոտավորապես 1% ջրածնի պերօքսիդ լուծույթ ստանալու համար։ Ի՞նչ ծավալի թթվածին (n.o.) կարելի է ստանալ հիդրոպերիտի մեկ դեղահատից:
Փորձնականորեն որոշեք, թե քանի միլիլիտր թթվածին կարելի է ստանալ հիդրոպերիտի մեկ դեղահատից: Առաջարկեք սարքի դիզայն և հավաքեք այն: Կրճատել արտանետվող թթվածնի ծավալը նորմալ պայմաններում: Հաշվարկների ավելի ճշգրիտ արդյունքներ ստանալու համար կարող եք հաշվի առնել ջրի գոլորշիների ճնշումը լուծույթից բարձր, որը սենյակային ջերմաստիճանում (20 °C) մոտավորապես հավասար է 2300 Պա:

Ջրածնի պերօքսիդը (պերօքսիդ) անգույն, օշարակային հեղուկ է՝ խտությամբ, որը կարծրանում է --ում: Սա շատ փխրուն նյութ է, որը կարող է պայթուցիկ կերպով քայքայվել ջրի և թթվածնի մեջ՝ ազատելով մեծ քանակությամբ ջերմություն.

Ջրածնի պերօքսիդի ջրային լուծույթները ավելի կայուն են. զով տեղում դրանք կարելի է բավականին երկար պահել։ Պերհիդրոլը՝ վաճառքի հանված լուծույթը, պարունակում է. Այն, ինչպես նաև ջրածնի պերօքսիդի բարձր խտացված լուծույթները, պարունակում են կայունացնող հավելումներ։

Ջրածնի պերօքսիդի տարրալուծումն արագանում է կատալիզատորներով։ Եթե, օրինակ, մի քիչ մանգանի երկօքսիդ եք նետում ջրածնի պերօքսիդի լուծույթի մեջ, տեղի է ունենում բուռն ռեակցիա և թթվածին է արտազատվում։ Կատալիզատորները, որոնք նպաստում են ջրածնի պերօքսիդի տարրալուծմանը, ներառում են պղինձը, երկաթը, մանգանը, ինչպես նաև այդ մետաղների իոնները: Այս մետաղների արդեն հետքերը կարող են քայքայվել:

Ջրածնի պերօքսիդը որպես միջանկյալ արտադրանք առաջանում է ջրածնի այրման ժամանակ, սակայն ջրածնի բոցի բարձր ջերմաստիճանի պատճառով այն անմիջապես քայքայվում է ջրի ու թթվածնի։

Բրինձ. 108. Մոլեկուլի կառուցվածքի սխեման. Անկյունը մոտ է, անկյունը մոտ է: Հղման երկարությունները.

Այնուամենայնիվ, եթե դուք ուղղում եք ջրածնի բոցը սառույցի մի կտորի վրա, ստացված ջրի մեջ կարող են հայտնաբերվել ջրածնի պերօքսիդի հետքեր:

Ջրածնի պերօքսիդը նույնպես առաջանում է թթվածնի վրա ատոմային ջրածնի ազդեցությամբ։

Արդյունաբերության մեջ ջրածնի պերօքսիդը արտադրվում է հիմնականում էլեկտրաքիմիական մեթոդներով, օրինակ՝ ծծմբաթթվի կամ ամոնիումի ջրածնի սուլֆատի լուծույթների անոդային օքսիդացում, որին հաջորդում է ստացված պերօքսոդծծմբաթթվի հիդրոլիզը (տես § 132): Այս դեպքում տեղի ունեցող գործընթացները կարող են ներկայացվել հետևյալ գծապատկերով.

Ջրածնի պերօքսիդում ջրածնի ատոմները կովալենտային կապով կապված են թթվածնի ատոմների հետ, որոնց միջև կա նաև պարզ կապ։ Ջրածնի պերօքսիդի կառուցվածքը կարող է արտահայտվել հետևյալ կառուցվածքային բանաձևով՝ H-O-O-H.

Մոլեկուլներն ունեն զգալի բևեռականություն, ինչը նրանց տարածական կառուցվածքի հետևանք է (նկ. 106):

Ջրածնի պերօքսիդի մոլեկուլում ջրածնի և թթվածնի ատոմների միջև կապերը բևեռային են (կապված էլեկտրոնների տեղաշարժի պատճառով դեպի թթվածին)։ Հետևաբար, ջրային լուծույթում, բևեռային ջրի մոլեկուլների ազդեցության տակ, ջրածնի պերօքսիդը կարող է պառակտել ջրածնի իոնները, այսինքն՝ ունի թթվային հատկություններ: Ջրածնի պերօքսիդը շատ թույլ երկհիմնային թթու է ջրային լուծույթում, այն քայքայվում է, թեև փոքր չափով, իոնների.

Երկրորդ փուլի դիսոցացիա

գործնականում չի արտահոսում: Այն ճնշվում է ջրի առկայությամբ, մի նյութ, որը տարանջատվում է՝ առաջացնելով ջրածնի իոններ ավելի մեծ չափով, քան ջրածնի պերօքսիդը։ Այնուամենայնիվ, երբ ջրածնի իոնները կապվում են (օրինակ, երբ ալկալը ներմուծվում է լուծույթի մեջ), տարանջատումը տեղի է ունենում երկրորդ քայլում:

Ջրածնի պերօքսիդն ուղղակիորեն փոխազդում է որոշ հիմքերի հետ՝ առաջացնելով աղեր։

Այսպիսով, երբ ջրածնի պերօքսիդը գործում է բարիումի հիդրօքսիդի ջրային լուծույթի վրա, նստվածք է առաջանում ջրածնի պերօքսիդի բարիումի աղի նստվածքը.

Ջրածնի պերօքսիդի աղերը կոչվում են պերօքսիդներ կամ պերօքսիդներ: Դրանք բաղկացած են դրական լիցքավորված մետաղական իոններից և բացասական լիցքավորված իոններից, որոնց էլեկտրոնային կառուցվածքը կարելի է ներկայացնել գծապատկերով.

Ջրածնի պերօքսիդում թթվածնի օքսիդացման աստիճանը -1 է, այսինքն՝ այն միջանկյալ արժեք ունի ջրում թթվածնի օքսիդացման աստիճանի և մոլեկուլային թթվածնի միջև (0): Հետևաբար, ջրածնի պերօքսիդն ունի և՛ օքսիդացնող, և՛ վերականգնող նյութի հատկություններ, այսինքն՝ այն ցուցադրում է օքսիդացման կրկնակիություն: Այնուամենայնիվ, այն ավելի շատ բնութագրվում է օքսիդացնող հատկություններով, քանի որ էլեկտրաքիմիական համակարգի ստանդարտ ներուժը

որտեղ այն հանդես է գալիս որպես օքսիդացնող նյութ, հավասար է 1,776 Վ-ի, մինչդեռ էլեկտրաքիմիական համակարգի ստանդարտ ներուժը.

որում ջրածնի պերօքսիդը վերականգնող նյութ է, հավասար է 0,682 Վ-ի: Այլ կերպ ասած, ջրածնի պերօքսիդը կարող է օքսիդացնել 1,776 Վ-ից չգերազանցող նյութերը և նվազեցնել միայն 0,682 Վ-ից ավելին: Համաձայն աղյուսակի: 18 (էջ 277) դուք կարող եք տեսնել, որ առաջին խումբը ներառում է շատ ավելի շատ նյութեր:

Ռեակցիաների օրինակներ, որոնցում այն ​​ծառայում է որպես օքսիդացնող նյութ, ներառում է կալիումի նիտրիտի օքսիդացումը

և յոդի բաժանումը կալիումի յոդիդից.

Օգտագործվում է գործվածքների և մորթիների սպիտակեցման համար, օգտագործվում է բժշկության մեջ (3% լուծույթը ախտահանիչ է), սննդի արդյունաբերության մեջ (սննդամթերքի պահածոյացման համար), գյուղատնտեսության մեջ՝ սերմերի մշակման համար, ինչպես նաև մի շարք օրգանական միացությունների արտադրության մեջ։ , պոլիմերներ և ծակոտկեն նյութեր։ Ջրածնի պերօքսիդը օգտագործվում է որպես ուժեղ օքսիդացնող նյութ հրթիռաշինության մեջ։

Ջրածնի պերօքսիդը օգտագործվում է նաև հին յուղաներկ նկարները թարմացնելու համար, որոնք ժամանակի ընթացքում մթնել են՝ օդում ջրածնի սուլֆիդի հետքերի ազդեցության տակ սպիտակ կապարի վերածվելու սև կապարի սուլֆիդի: Երբ նման նկարները լվանում են ջրածնի պերօքսիդով, կապարի սուլֆիդը օքսիդացվում է սպիտակ կապարի սուլֆատի մեջ.


Եվ բնական ռեսուրսները

քիմիայի և էկոլոգիայի ամբիոն

ՈՒՍՈՒՄՆԱՍԻՐՈՒՄ ՔԱՂԱՌՄԱՆ ՌԵԱԿՑԻԱՅԻ ՏԱՐԱՊԵՔԸ

ՋՐԱԾՆԻ ՊԵՐՕՔՍԻԴԸ ԿԱՏԱԼԻԶԻՉԻ ՆԵՐԿԱՅՈՒԹՅԱՆ

ԳԱԶՈՄԵՏՐԱԿԱՆ ՄԵԹՈԴՈՎ.

«Ֆիզիկական և կոլոիդային քիմիա» առարկայից

մասնագիտության համար 060301.65 − Դեղագործություն

Վելիկի Նովգորոդ

1 Աշխատանքի նպատակը …………………………………………………………………………………………………..3

2 Հիմնական տեսական սկզբունքներ……………………………………………….3

4 Փորձարարական մաս …………………………………………………………………

4.1 Ջրածնի պերօքսիդի տարրալուծումը մանգանի երկօքսիդի առկայության դեպքում, MnO2…………………………………………………………………………………………….4

4.2 Ջրածնի պերօքսիդի տարրալուծումը կատալիզատորի առկայության դեպքում T2 ջերմաստիճանում. ...................................................... ................................................ 6

5 Զեկույցի բովանդակությանը ներկայացվող պահանջներ…………………………………………………………

6 Թեստային հարցերի և առաջադրանքների նմուշ……………………………………7

1 ԱՇԽԱՏԱՆՔԻ ՆՊԱՏԱԿՆԵՐԸ

1. Որոշել արագության հաստատունը, ռեակցիայի կարգը, կիսատ կյանքը T1 ջերմաստիճանում:

2. Կառուցեք արտանետվող O2-ի քանակի գրաֆիկ՝ համեմատած ժամանակի հետ և գրաֆիկորեն որոշեք կիսամյակը:

3. Որոշել ռեակցիայի ակտիվացման էներգիան, հաշվել ռեակցիայի արագության ջերմաստիճանային գործակիցը։


2 ՀԻՄՆԱԿԱՆ ՏԵՍԱԿԱՆ ԴՐՈՒՅԹՆԵՐ

Ջրածնի պերօքսիդի օգտագործումը բազմաթիվ տեխնոլոգիական գործընթացներում, բժշկության և գյուղատնտեսության մեջ հիմնված է նրա օքսիդացնող հատկությունների վրա: Ջրային լուծույթներում H2O2-ի տարրալուծման գործընթացը տեղի է ունենում ինքնաբերաբար և կարող է ներկայացվել հետևյալ հավասարմամբ.

Н2О2®Н2О +1/2 О2

Գործընթացը կարող է արագացվել կատալիզատորի միջոցով: Դրանք կարող են լինել անիոններ և կատիոններ, օրինակ՝ CuSO4 (միատարր կատալիզ): Պինդ կատալիզատորները (ածուխ, մետաղներ, աղեր և մետաղների օքսիդներ) նույնպես արագացնող ազդեցություն ունեն H2O2-ի տարրալուծման վրա։ H2O2 քայքայման տարասեռ կատալիտիկ ռեակցիայի ընթացքի վրա ազդում են միջավայրի pH-ը, մակերեսի վիճակը և կատալիտիկ թույները, օրինակ՝ C2H5OH, CO, HCN, H2S:

Բույսերի, կենդանիների և մարդկանց բջիջներում տեղի է ունենում նաև ջրածնի պերօքսիդի կատալիտիկ տարրալուծում։ Գործընթացն իրականացվում է կատալազ և պերօքսիդազ ֆերմենտների ազդեցության ներքո, որոնք, ի տարբերություն ոչ կենսաբանական բնույթի կատալիզատորների, ունեն բացառիկ բարձր կատալիտիկ ակտիվություն և գործողության առանձնահատկություն։

H2O2-ի տարրալուծումն ուղեկցվում է O2-ի արտազատմամբ։ Ազատված թթվածնի ծավալը համաչափ է քայքայված ջրածնի պերօքսիդի քանակին։ Աշխատանքում կիրառվում է գազաչափական մեթոդը։

3 ԱՆՎՏԱՆԳՈՒԹՅԱՆ ՊԱՀԱՆՋՆԵՐ

Այս լաբորատոր աշխատանքը կատարելիս պետք է հետևել քիմիական լաբորատորիայում աշխատանքի ընդհանուր կանոններին։

4 ՓՈՐՁԱՐԱՐ ՄԱՍ

4.1 Ջրածնի պերօքսիդի քայքայումը մանգանի երկօքսիդի առկայության դեպքումMnO2 .

Փորձը սկսելուց առաջ անհրաժեշտ է պատրաստել կատալիզատոր՝ ապակե ձողի փոքր կտորը քսել BF սոսինձով կամ օսլայի մածուկով։ Հարկավոր է սոսինձով յուղել միայն ծայրը, ժամացույցի ապակու վրա լցնել մի քիչ MnO2 փոշի, փայտի ծայրը շոշափել փոշիին, որպեսզի ապակու վրա մնա փոքր քանակությամբ MnO2։ Սոսինձը չորանում է մի քանի րոպե (1-2 րոպե): H2O2-ի հավաքման համակարգի ներսում ճնշումը պետք է հասցվի մթնոլորտային ճնշման. բացեք ռեակցիայի խողովակի խցանը և օգտագործեք հավասարեցնող կոլբ՝ բյուրետում ջրի մակարդակը զրոյի սահմանելու համար:

H2O2-ի քայքայման արագությունը չափող սարքի դիագրամը ներկայացված է Նկ.1-ում:

ջուր

փորձանոթ H2O2-ով

Gif" width="10">.gif" width="10"> կատալիզատոր

Նկար 1 – H2O2 տարրալուծման կինետիկան ուսումնասիրող սարք:

Օգտագործելով պիպետ կամ չափիչ բալոն, չափեք 2 մլ 3% H2O2 լուծույթ և լցրեք այն փորձանոթ 1-ի մեջ: Եթե փորձն անցկացվում է սենյակային ջերմաստիճանում, պատրաստեք վայրկյանաչափ և սեղան՝ փորձնական տվյալների գրանցման համար մի կտոր ապակե գավազան փորձանոթի մեջ: Փակեք ռեակցիայի անոթը խցանով: 30 վայրկյան հետո առաջինը գրանցեք արձակված թթվածնի ծավալը, այնուհետև ընդմիջումը կարող է ավելացվել մինչև 1 րոպե:

Քանի որ բյուրետում հեղուկի մակարդակը նվազում է, հավասարեցնող կոլբն իջեցվում է այնպես, որ բյուրետում և կոլբայի հեղուկի մակարդակը չի փոխվում, մակարդակների տարբերությունը նվազագույն է:

Ռեակցիան համարվում է ավարտված, երբ բյուրետում հեղուկի մակարդակը դադարում է ընկնել:

H2O2 –V¥-ի ամբողջական տարրալուծմանը համապատասխանող թթվածնի ծավալը կարելի է ստանալ, եթե ռեակցիայի անոթը դրվի մի բաժակ տաք ջրի մեջ։ Փորձանոթը սենյակային ջերմաստիճանում սառեցնելուց հետո: Այնուհետեւ որոշվում է H2O2-ի ամբողջական տարրալուծմանը համապատասխան O2-ի ծավալը։

Աղյուսակ - Փորձարարական տվյալներ

Ենթադրելով, որ ռեակցիան առաջին կարգի է, ռեակցիայի արագության հաստատունը հաշվարկվում է առաջին կարգի կինետիկ հավասարման միջոցով.


Փորձի արդյունքների հիման վրա հաշվարկվում է ռեակցիայի արագության հաստատունի միջին արժեքը։

Ջրածնի պերօքսիդի կես կյանքը հաշվարկվում է՝ օգտագործելով հավասարումը.

t0.5 = 0.693/k օգտագործելով արագության հաստատունի միջին արժեքը:

Արագության հաստատունը և կիսատ կյանքը որոշվում են գրաֆիկորեն՝ օգտագործելով Vt = f (t) և ln(V¥ – Vt) = f (t) կախվածությունը, որոնք ներկայացված են նկ. 2-ում և նկ. 3. Համեմատեք ստացված արդյունքները երկու մեթոդով՝ վերլուծական և գրաֆիկական:

V¥https://pandia.ru/text/80/128/images/image032_11.gif" width="211" height="12">.gif" width="616" height="64">

տ, անանուխ տ, մին

Բրինձ. 2 – Կախվածություն Vt = f(t) Նկար 3 – Կախվածություն ln(V¥ – Vt) = f(t)

4.2 Ջրածնի պերօքսիդի տարրալուծումը կատալիզատորի առկայությամբ T2 ջերմաստիճանում

Փորձը կրկնվում է՝ ռեակցիոն անոթը դնելով ջրային բաղնիքում կամ T2 ջերմաստիճանի մեկ բաժակ ջրի մեջ (ուսուցչի հրահանգով): Տվյալները մուտքագրվում են աղյուսակում.

Իմանալով k1 և k2 արագության հաստատունները երկու տարբեր ջերմաստիճաններում, մենք կարող ենք հաշվարկել ակտիվացման էներգիան Ea-ն՝ օգտագործելով Arrhenius հավասարումը.

Էա =

Բացի այդ, դուք կարող եք հաշվարկել ջերմաստիճանի գործակիցը Վան Հոֆի կանոնով.

k2/k1 = γ ∆t/10

5 ՀԱՇՎԵՏՎԵԼՈՒ ԲՈՎԱՆԴԱԿՈՒԹՅԱՆ ՊԱՀԱՆՋՆԵՐԸ

Զեկույցը պետք է պարունակի.

1. աշխատանքի նպատակը;

2. պերօքսիդի տարրալուծման ժամանակ արձակված թթվածնի ծավալի չափման արդյունքները.

3. ջրածնի պերօքսիդի ռեակցիայի արագության հաստատունի և կիսամյակի (կիսավերափոխման) հաշվարկը.

4. Vt = f(t) կախվածության գրաֆիկը և ջրածնի պերօքսիդի կիսամյակի գրաֆիկական որոշման արդյունքները.

5. ln(V¥ – Vt) = f(t) գրաֆիկը՝ ռեակցիայի արագության հաստատունը որոշելու համար;

6. բարձր ջերմաստիճաններում պերօքսիդի տարրալուծման ժամանակ արձակված թթվածնի ծավալի չափումների և ռեակցիայի արագության հաստատունի հաշվարկի արդյունքները.

7. Ակտիվացման էներգիայի հաշվարկը Arrhenius-ի հավասարման միջոցով և ռեակցիայի արագության ջերմաստիճանի գործակիցի հաշվարկը՝ օգտագործելով van’t Hoff կանոնը.

8. եզրակացություններ.

6 ԹԵՍՏԻ ՆՄԱՆ ՀԱՐՑԵՐ ԵՎ ԱՌԱՋԱԴՐԱՆՔ

1. Ռեակցիայի արագության հաստատունը կախված է.

ա) ռեակտիվների բնույթը.

բ) ջերմաստիճանը;

գ) ռեակտիվների կոնցենտրացիաները.

դ) ռեակցիայի սկզբից անցած ժամանակը:

2. Ռեակցիայի կարգը

ա) պաշտոնական արժեքը.

բ) որոշվում է միայն փորձարարական.

գ) կարող է հաշվարկվել տեսականորեն.

դ) հավասար է p + q ցուցիչների գումարին, υ = k · CAp · CBq հավասարման մեջ:

3. Քիմիական ռեակցիայի ակտիվացման էներգիա

ա) ավելցուկային էներգիա՝ համեմատած մոլեկուլների միջին էներգիայի հետ, որն անհրաժեշտ է մոլեկուլների միջև բախման ակտիվացման համար.

բ) կախված է ռեակտիվների բնույթից.

գ) չափված Ջ/մոլով;

դ) ավելանում է, երբ կատալիզատորը ներմուծվում է համակարգ:

4. Որոշակի ռադիոակտիվ իզոտոպի կես կյանքը 30 օր է: Հաշվե՛ք այն ժամանակը, որից հետո իզոտոպի քանակը կկազմի բնօրինակի 10%-ը:

5. Առաջին կարգի ռեակցիան որոշակի ջերմաստիճանում ընթանում է 25%-ով 30 րոպեում: Հաշվե՛ք ելակետային նյութի կիսամյակը:

6. Քանի՞ անգամ կաճի ռեակցիայի արագությունը, երբ ջերմաստիճանը բարձրանա 40K-ով, եթե ռեակցիայի արագության ջերմաստիճանային գործակիցը 3 է:

7. Ջերմաստիճանի 40K-ով բարձրացման դեպքում որոշակի ռեակցիայի արագությունը մեծացել է 39,06 անգամ: Որոշեք ռեակցիայի արագության ջերմաստիճանի գործակիցը:

Ջրածնի պերօքսիդի տարրալուծումը կատալիզատորի ազդեցության տակ և հեղուկ օճառի առկայության դեպքում ամենագեղեցիկ քիմիական փորձերից է։ Ռուսալեզու գրականության մեջ այս փորձը չունի կոնկրետ անուն անգլերեն լեզվով այն կոչվում է Փիղի ատամի մածուկ, որը թույլ թարգմանված հնչում է. Փղերի ատամի մածուկ.

Փորձի համար անհրաժեշտ է 30-50% ջրածնի պերօքսիդ (պերհիդրոլ), մի քիչ հեղուկ լվացող միջոց (որը տալիս է շատ կայուն փրփուր) և ջրածնի պերօքսիդի քայքայման կատալիզատոր։ Երբ պերօքսիդը շփվում է կատալիզատորի հետ, թթվածինը ակտիվորեն արտազատվում է, և հեղուկ օճառի առկայության պատճառով առաջանում է մեծ քանակությամբ փրփուր (կարճ ժամանակով)։ Հաճախ խառնուրդին ներկանյութեր են ավելացնում, որոնք տարբեր գույներով գունավորում են փրփուրը։ Փրփուրի հոսքը, որը դուրս է պայթում կոլբայի կամ բալոնի բացվածքից, հաճախ իսկապես նմանվում է «փղի ատամի մածուկի»։

Տարբեր նյութեր և խառնուրդներ կարող են օգտագործվել որպես ջրածնի պերօքսիդի տարրալուծման կատալիզատոր, օրինակ՝ պղնձի ամոնիակ, կալիումի յոդիդ և նույնիսկ խմորիչի կախոց:

Ես նախկինում արդեն արել եմ այս փորձը, բայց ես չփորձեցի նայել իմ հին գրառումները, և արդյունքում առաջին փորձը չստացվեց: Վերցրի 7,5 գ պղնձի սուլֆատ, վրան ավելացրեցի 30 մլ խտացված ամոնիակի լուծույթ և մանրակրկիտ խառնեցի։ Լուծույթը լցնում են լիտր տարայի մեջ, ավելացնում 50 մլ Gala հեղուկ աման լվացող միջոց և 80 մլ թորում և նորից խառնում։ Կոլբայի մեջ լցրի սառնարանից վերցված 100 մլ պերհիդրոլ։ Ավելի ճիշտ, ես փորձեցի լցնել այն. սկսվեց բուռն արձագանք, արդյունքում ես չհասցրի ավելացնել պերհիդրոլի մոտ 1/3-ը։ Տեղի ունեցավ պերօքսիդի արագ քայքայումը, բայց փորձը զզվելի ստացվեց՝ քիչ փրփուր կար։

Հետո նայեցի հին ձայնագրություններին։ Պարզվեց, որ նախորդ անգամ ես լրիվ տարբեր քանակությամբ նյութեր եմ ընդունել.

«300 մլ կոնաձև կոլբայի մեջ լցնել 10-20 մլ աման լվացող հեղուկ Gala (կամ ցանկացած նմանատիպ լվացող միջոց), մեկ այլ տարայի մեջ լուծարել 3-4 գ պղնձի սուլֆատ ուժեղ ամոնիակի լուծույթի մեջ (ամոնիակ ավելացնել մինչև պղնձի Սուլֆատը ամբողջությամբ կլուծվի, ձևավորվում է կապույտ պղնձի (II) ամոնիակ.

CuSO 4 + 6NH 3 + 2H 2 O = (OH) 2 + (NH 4) 2 SO 4

Լցնել պղնձի ամոնիակի լուծույթը լվացող միջոցի կոլբայի մեջ և լավ խառնել։ Կոլբը դնել սեղանի վրա և արագ ավելացնել 50-100 մլ 30-50% ջրածնի պերօքսիդի լուծույթ։ Կլինի գազի ուժեղ արտանետում. Կոլբայից փրփուրի շատրվան կբացվի։ Կոլբայի շուրջ ողջ տարածությունը մի քանի վայրկյանում կլցվի մեծ փրփուրով: Գոլորշին կբարձրանա փրփուրից - ջրածնի պերօքսիդի քայքայման ռեակցիան ընթանում է ջերմության արտազատմամբ: Մեր փորձերում ստացված փրփուրի բարձրությունն ու լայնությունը մոտ 60 սմ էր»։

Այսինքն՝ պետք էր ավելի քիչ պղնձի ամոնիակ և հեղուկ օճառ վերցնել։

Երկրորդ փորձի համար վերցրեցի 300 մլ կոնաձև կոլբ, 2 գ պղնձի սուլֆատ, որին ավելացրի 20% խտացված ամոնիակի լուծույթ։ Պղնձի սուլֆատը լուծելուց հետո ավելացնել 20 մլ Gala հեղուկ աման լվացող միջոց և խառնել։ Ես վերցրեցի 70 մլ ջրածնի պերօքսիդ, բայց հասցրեցի ավելացնել միայն 50 մլ - սկսվեց ակտիվ փրփուրի ձևավորումը:

Կոլբայից դուրս եկող փրփուրն իսկապես խողովակից քամված ատամի մածուկի էր հիշեցնում։ Պղնձի ամոնիակի շնորհիվ փրփուրի երկայնքով ձգվում էին կապույտ գույնի շերտեր։ Փորձը լավ է ստացվել, բայց քայքայումը դանդաղ է ընթանում և տևում է ավելի քան 2,5 րոպե։

Հիշեցի, որ ես արել եմ հոդվածում նկարագրված փորձը