წყალბადის ზეჟანგის დაშლა კატალიზატორების გავლენით. წყალბადის ზეჟანგის დაშლის რეაქციის სიჩქარის შესწავლა კატალიზატორის თანდასწრებით გაზომეტრიული მეთოდით. ვ. შავი ტყვიის სულფიდი და წყალბადის ზეჟანგი

– (ძველი სახელწოდება წყალბადის ზეჟანგი), წყალბადისა და ჟანგბადის ნაერთი H 2 O 2 , რომელიც შეიცავს ჟანგბადის რეკორდულ რაოდენობას წონით 94%. მოლეკულებში H 2 O 2 შეიცავს პეროქსიდის ჯგუფებს ОО ( სმ. პეროქსიდები), რაც დიდწილად განსაზღვრავს ამ ნაერთის თვისებებს.წყალბადის ზეჟანგი პირველად 1818 წელს მიიღო ფრანგმა ქიმიკოსმა ლუი ჟაკ ტენარმა (1777 1857) ბარიუმის პეროქსიდის მაღალ გაგრილებულ მარილმჟავასთან დამუშავებით. BaO 2 + 2HCl ® BaCl 2 + H 2 O 2 . ბარიუმის პეროქსიდი, თავის მხრივ, მიიღება ბარიუმის ლითონის დაწვით. ხსნარიდან H-ის გამოყოფა 2 O 2 ტენარმა ამოიღო მისგან მიღებული ბარიუმის ქლორიდი: BaCl 2 + Ag 2 SO 4 ® 2AgCl + BaSO 4 . იმისათვის, რომ მომავალში არ გამოვიყენოთ ძვირადღირებული ვერცხლის მარილი H-ს მისაღებად 2 O 2 გამოყენებული გოგირდის მჟავა: BaO 2 + H 2 SO 4 ® BaSO 4 + H 2 O 2 , ვინაიდან ბარიუმის სულფატი რჩება ნალექში. ზოგჯერ სხვა მეთოდს იყენებდნენ: ნახშირორჟანგი გადადიოდა BaO სუსპენზიაში 2 წყალში: BaO 2 + H 2 O + CO 2 ® BaCO 3 + H 2 O 2 , რადგან ბარიუმის კარბონატი ასევე უხსნადია. ეს მეთოდი შემოგვთავაზა ფრანგმა ქიმიკოსმა ანტუან ჟერომ ბალარმა (1802–1876), რომელიც ცნობილი გახდა ახალი ქიმიური ელემენტის ბრომის აღმოჩენით (1826 წ.). ასევე გამოიყენეს უფრო ეგზოტიკური მეთოდები, მაგალითად, ელექტრული გამონადენის მოქმედება 97% ჟანგბადისა და 3% წყალბადის ნარევზე თხევადი ჰაერის ტემპერატურაზე (დაახლოებით 190 ° C), ასე რომ მიიღეს H-ის 87% ხსნარი. 2 O 2 . კონცენტრირებული ჰ 2 O 2 ძალიან სუფთა ხსნარების ფრთხილად აორთქლებით წყლის აბაზანაში არაუმეტეს 70-75 ° C ტემპერატურაზე; ამ გზით შეგიძლიათ მიიღოთ დაახლოებით 50% ხსნარი. თქვენ აღარ შეგიძლიათ მისი გაცხელება, მოხდება H-ის დაშლა. 2 O 2 ამიტომ წყლის დისტილაცია განხორციელდა შემცირებული წნევით, ორთქლის წნევის (და შესაბამისად დუღილის წერტილი) ძლიერი სხვაობის გამოყენებით H 2 O და H 2 O 2 . ასე რომ, 15 მმ Hg წნევის დროს. პირველ რიგში, ძირითადად წყალი გამოხდილია და 28 მმ Hg-ზე. და 69,7 ° C ტემპერატურაზე, სუფთა წყალბადის ზეჟანგი გამოხდილია. კონცენტრაციის კიდევ ერთი მეთოდია გაყინვა, რადგან სუსტი ხსნარების გაყინვისას ყინული თითქმის არ შეიცავს H-ს 2 O 2 . დაბოლოს, შესაძლებელია დეჰიდრატაცია გოგირდმჟავასთან ერთად წყლის ორთქლის შთანთქმით, სიცივეში შუშის ზარის ქვეშ.

მე-19 საუკუნის ბევრმა მკვლევარმა, რომლებმაც მიიღეს სუფთა წყალბადის ზეჟანგი, აღნიშნავენ ამ ნაერთის საშიშროებას. ასე რომ, როდესაც ისინი ცდილობდნენ განცალკევებას ნ

2 O 2 წყლიდან დიეთილის ეთერით განზავებული ხსნარებიდან ამოღებით, რასაც მოჰყვა აქროლადი ეთერის დისტილაცია, შედეგად მიღებული ნივთიერება ზოგჯერ აფეთქდა აშკარა მიზეზის გარეშე. ერთ-ერთ ამ ექსპერიმენტში გერმანელმა ქიმიკოსმა იუ.ვ.ბრულმა მიიღო უწყლო ჰ 2 O 2 , რომელსაც ოზონის სუნი ასდიოდა და აფეთქებული შუშის ღეროს შეხებისას აფეთქდა. მიუხედავად მცირე რაოდენობით H 2 O 2 (სულ 12 მლ) აფეთქება იმდენად ძლიერი იყო, რომ მაგიდის დაფას მრგვალი ხვრელი გაუკეთა, გაანადგურა მისი უჯრის შიგთავსი, ასევე მაგიდაზე და იქვე მდგარი ბოთლები და ინსტრუმენტები.ფიზიკური თვისებები. სუფთა წყალბადის ზეჟანგი ძალიან განსხვავდება H-ის ნაცნობი 3%-იანი ხსნარისგან 2 O 2 , რომელიც არის სახლის მედიცინის კაბინეტში. უპირველეს ყოვლისა, ის თითქმის ერთნახევარჯერ მძიმეა წყალზე (სიმკვრივე 20°C-ზე არის 1,45 გ/სმ. 3). H2O2 იყინება წყლის გაყინვის წერტილზე ოდნავ დაბალ ტემპერატურაზე მინუს 0,41 ° C-ზე, მაგრამ თუ სუფთა სითხეს სწრაფად გაგრილებთ, ის ჩვეულებრივ არ იყინება, არამედ ზედმეტად გაცივდება და გადაიქცევა გამჭვირვალე მინის მასად. გადაწყვეტილებები H 2 O 2 გაყინეთ გაცილებით დაბალ ტემპერატურაზე: 30%-იანი ხსნარი მინუს 30°C-ზე და 60%-იანი ხსნარი მინუს 53°C-ზე. ადუღდება H 2 O 2 ჩვეულებრივ წყალზე მაღალ ტემპერატურაზე 150,2°C-ზე სველებს შუშას H 2 O 2 წყალზე უარესი და ეს იწვევს საინტერესო ფენომენს წყალხსნარების ნელი გამოხდის დროს: ხსნარიდან წყლის გამოხდისას ის, როგორც ყოველთვის, მაცივრიდან მიმღებამდე მიედინება წვეთების სახით; როდის იწყებს გამოხდას 2 O 2 , სითხე მაცივრიდან უწყვეტი თხელი ნაკადის სახით გამოდის. კანზე სუფთა წყალბადის ზეჟანგი და მისი კონცენტრირებული ხსნარები ტოვებს თეთრ ლაქებს და იწვევს წვის შეგრძნებას მძიმე ქიმიური დამწვრობის გამო.

სტატიაში, რომელიც მიეძღვნა წყალბადის ზეჟანგის წარმოებას, ტენარდი წარმატებით არ შეადარა ამ ნივთიერებას სიროფს;

2 O 2 შაქრის სიროფის მსგავსად, ძლიერად არღვევს სინათლეს. მართლაც, უწყლო H-ის რეფრაქციული ინდექსი 2 O 2 (1.41) ბევრად აღემატება წყალს (1.33). თუმცა, ან არასწორი ინტერპრეტაციის შედეგად, ან ფრანგულიდან ცუდი თარგმანის გამო, თითქმის ყველა სახელმძღვანელოში მაინც წერენ, რომ სუფთა წყალბადის ზეჟანგი არის „სქელი, სიროფიანი სითხე“ და ამას თეორიულად წყალბადის ბმების წარმოქმნითაც კი ხსნიან. მაგრამ წყალი ასევე აყალიბებს წყალბადის ობლიგაციებს. ფაქტობრივად, სიბლანტე ნ 2 O 2 იგივეა, რაც ოდნავ გაცივებული (დაახლოებით 13 ° C-მდე) წყალი, მაგრამ არ შეიძლება ითქვას, რომ მაგარი წყალი სიროფის მსგავსია.დაშლის რეაქცია. სუფთა წყალბადის ზეჟანგი ძალიან საშიში ნივთიერებაა, რადგან გარკვეულ პირობებში შესაძლებელია მისი ფეთქებადი დაშლა: H 2 O 2 ® H 2 O + 1/2 O 2 ათავისუფლებს 98 კჯ მოლ H-ზე 2 O 2 (34 გ). ეს არის ძალიან დიდი ენერგია: ის უფრო დიდია ვიდრე გამოთავისუფლებული, როდესაც წყალბადისა და ქლორის ნარევის აფეთქებისას წარმოიქმნება 1 მოლი HCl; საკმარისია მთლიანად აორთქლდეს 2,5-ჯერ მეტი წყალი, ვიდრე წარმოიქმნება ამ რეაქციაში. საშიშია H-ის კონცენტრირებული წყალხსნარებიც 2 O 2 , მათი თანდასწრებით ბევრი ორგანული ნაერთი ადვილად იწვის სპონტანურად და ზემოქმედებისას ასეთი ნარევები შეიძლება აფეთქდეს. კონცენტრირებული ხსნარების შესანახად გამოიყენეთ განსაკუთრებით სუფთა ალუმინის ან ცვილის შუშისგან დამზადებული ჭურჭელი.

უფრო ხშირად შეხვდებით H-ის ნაკლებად კონცენტრირებულ 30%-იან ხსნარს

2 O 2 , რომელსაც პერჰიდროლი ჰქვია, მაგრამ ასეთი ხსნარი ასევე საშიშია: იწვევს კანზე დამწვრობას (მოქმედების დროს კანი მაშინვე თეთრდება შეღებვის ნივთიერებების გაუფერულების გამო), ხოლო თუ მინარევები შემოდის, შესაძლებელია ფეთქებადი დუღილი. დაშლა ჰ 2 O 2 და მისი ხსნარები, მათ შორის ფეთქებადი, გამოწვეულია მრავალი ნივთიერებით, მაგალითად, მძიმე ლითონის იონებით, რომლებიც ამ შემთხვევაში კატალიზატორის როლს ასრულებენ და მტვრის ნაწილაკებიც კი. 2 O 2 აიხსნება რეაქციის ძლიერი ეგზოთერმიულობით, პროცესის ჯაჭვური ბუნებით და H დაშლის აქტივაციის ენერგიის მნიშვნელოვანი შემცირებით. 2 O 2 სხვადასხვა ნივთიერებების თანდასწრებით, რაც შეიძლება ვიმსჯელოთ შემდეგი მონაცემებით:სისხლში გვხვდება ფერმენტი კატალაზა; სწორედ მისი წყალობით ფარმაცევტული „წყალბადის ზეჟანგი“ „ადუღებს“ ჟანგბადის გამოყოფისგან, როდესაც მას იყენებენ მოჭრილი თითის დეზინფექციისთვის. H-ის კონცენტრირებული ხსნარის დაშლის რეაქცია 2 O 2 კატალაზას არა მხოლოდ ადამიანები იყენებენ; სწორედ ეს რეაქცია ეხმარება ბომბდამშენ ხოჭოს მტრებთან ბრძოლაში, მათზე ცხელი ნაკადის გამოშვებით ( სმ . ასაფეთქებელი ნივთიერებები). სხვა ფერმენტი, პეროქსიდაზა, სხვაგვარად მოქმედებს: ის არ იშლება H 2 O 2 , მაგრამ მისი თანდასწრებით ხდება სხვა ნივთიერებების დაჟანგვა წყალბადის ზეჟანგით.

ფერმენტები, რომლებიც გავლენას ახდენენ წყალბადის ზეჟანგის რეაქციებზე, მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ უჯრედის სიცოცხლეში. ენერგია სხეულს მიეწოდება ჟანგბადის რეაქციებით, რომელიც მოიცავს ფილტვებიდან მომდინარე ჟანგბადს. ამ რეაქციებში H წარმოიქმნება შუალედში

2 O 2 , რომელიც საზიანოა უჯრედისთვის, რადგან შეუქცევად ზიანს აყენებს სხვადასხვა ბიომოლეკულებს. კატალაზა და პეროქსიდაზა ერთად მუშაობენ H-ის გარდაქმნაზე 2 O 2 წყალში და ჟანგბადში.

H დაშლის რეაქცია

2 O 2 ხშირად მიმდინარეობს რადიკალური ჯაჭვის მექანიზმით ( სმ. ჯაჭვური რეაქციები), ხოლო კატალიზატორის როლი არის თავისუფალი რადიკალების ინიცირება. ამრიგად, H-ის წყალხსნარების ნარევში 2 O 2 და Fe 2+ (ე.წ. ფენტონის რეაგენტი) ელექტრონის გადაცემის რეაქცია ხდება Fe იონიდან 2+ H 2 O 2 მოლეკულაზე Fe იონის წარმოქმნით 3+ და ძალიან არასტაბილური რადიკალური ანიონი . – , რომელიც მაშინვე იშლება OH ანიონში– და თავისუფალი ჰიდროქსილის რადიკალი OH. ( სმ. თავისუფალი რადიკალები). რადიკალური HE. ძალიან აქტიური. თუ სისტემაში არის ორგანული ნაერთები, მაშინ შესაძლებელია ჰიდროქსილის რადიკალების სხვადასხვა რეაქცია. ამრიგად, არომატული ნაერთები და ჰიდროქსი მჟავები იჟანგება (ბენზოლი, მაგალითად, გადაიქცევა ფენოლად), უჯერი ნაერთებს შეუძლიათ ჰიდროქსილის ჯგუფების მიმაგრება ორმაგ ბმაზე: CH 2 =CHCH 2 OH + 2OH. ® NOCH 2 CH(OH)CH 2 OH და შეიძლება შევიდეს პოლიმერიზაციის რეაქციაში. შესაფერისი რეაგენტების არარსებობის შემთხვევაში, OH. რეაგირებს H 2 O 2-თან ნაკლებად აქტიური რადიკალის HO-ს წარმოქმნით 2 . , რომელსაც შეუძლია შეამციროს Fe იონები 2+ , რომელიც ხურავს კატალიზურ ციკლს: H 2 O 2 + Fe 2 + ® Fe 3 + + OH . + ოჰ ოჰ. + H 2 O 2 ® H 2 O + HO 2 .

HO 2 . + Fe 3+

® Fe 2+ + O 2 + H + ® H 2 O. გარკვეულ პირობებში, H-ის ჯაჭვის დაშლა 2 O 2 , რომლის გამარტივებული მექანიზმი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს დიაგრამით. + H 2 O 2 ® H 2 O + HO 2 . 2 . +H2O2® H 2 O + O 2 + OH . და ა.შ.

H დაშლის რეაქციები

2 O 2 წარმოიქმნება ცვალებადი ვალენტობის სხვადასხვა ლითონების არსებობისას. კომპლექსურ ნაერთებთან შეერთებისას ისინი ხშირად მნიშვნელოვნად აძლიერებენ მათ აქტივობას. მაგალითად, სპილენძის იონები ნაკლებად აქტიურია ვიდრე რკინის იონები, მაგრამ შეკრულია ამიაკის კომპლექსებში 2+ ისინი იწვევენ H-ის სწრაფ დაშლას 2 O 2 . მსგავსი ეფექტი აქვთ Mn იონებს 2+ შეკრულია კომპლექსებში გარკვეულ ორგანულ ნაერთებთან. ამ იონების არსებობისას შესაძლებელი იყო რეაქციის ჯაჭვის სიგრძის გაზომვა. ამისათვის ჩვენ პირველად გავზომეთ რეაქციის სიჩქარე ხსნარიდან ჟანგბადის გამოყოფის სიჩქარით. შემდეგ ძალიან დაბალი კონცენტრაცია (დაახლოებით 10 5 მოლ/ლ) ნივთიერების ინჰიბიტორი, რომელიც ეფექტურად რეაგირებს თავისუფალ რადიკალებთან და ამით არღვევს ჯაჭვს. ჟანგბადის გამოყოფა მაშინვე შეწყდა, მაგრამ დაახლოებით 10 წუთის შემდეგ, როცა მთელი ინჰიბიტორი ამოიწურა, ისევ იგივე სიჩქარით განახლდა. რეაქციის სიჩქარისა და ჯაჭვის შეწყვეტის სიჩქარის ცოდნით, ადვილია გამოვთვალოთ ჯაჭვის სიგრძე, რომელიც აღმოჩნდა 10-ის ტოლი. 3 ბმულები დიდი ჯაჭვის სიგრძე განსაზღვრავს H-ს დაშლის მაღალ ეფექტურობას 2 O 2 ყველაზე ეფექტური კატალიზატორების თანდასწრებით, რომლებიც წარმოქმნიან თავისუფალ რადიკალებს მაღალი სიჩქარით. მითითებული ჯაჭვის სიგრძისთვის, დაშლის სიჩქარე H 2 O 2 ფაქტიურად ათასჯერ იზრდება.

ზოგჯერ შესამჩნევი დაშლა H

2 O 2 იწვევენ მინარევების კვალსაც კი, რომლებიც თითქმის შეუმჩნეველია ანალიტიკურად. ამრიგად, ერთ-ერთი ყველაზე ეფექტური კატალიზატორი აღმოჩნდა ლითონის ოსმიუმის ხსნარი: მისი ძლიერი კატალიზური ეფექტი დაფიქსირდა თუნდაც 1:10 განზავების დროს. 9 , ე.ი. 1 გ Os 1000 ტონა წყალზე. აქტიური კატალიზატორებია პალადიუმის, პლატინის, ირიდიუმის, ოქროს, ვერცხლის კოლოიდური ხსნარები, აგრეთვე ზოგიერთი ლითონის მყარი ოქსიდები MnO. 2, Co 2 O 3, PbO 2 და ა.შ., რომლებიც თავად არ იცვლება. დაშლა შეიძლება ძალიან სწრაფად გაგრძელდეს. ასე რომ, თუ მცირე მწიკვი MnO 2 ჩაასხით სინჯარაში H-ის 30%-იანი ხსნარით 2 O 2 , ორთქლის სვეტი გამოდის ტესტის მილიდან სითხის შესხურებით. უფრო კონცენტრირებული ხსნარებით აფეთქება ხდება. დაშლა უფრო მშვიდად ხდება პლატინის ზედაპირზე. ამ შემთხვევაში, რეაქციის სიჩქარეზე ძლიერ გავლენას ახდენს ზედაპირის მდგომარეობა. გერმანელმა ქიმიკოსმა ვალტერ სპრინგმა ჩაატარა XIX საუკუნის ბოლოს. ასეთი გამოცდილება. კარგად გაწმენდილ და გაპრიალებულ პლატინის თასში H-ის 38%-იანი ხსნარის დაშლის რეაქცია 2 O 2 60°C-მდე გაცხელების დროსაც კი არ გაცხელდა. თუ ნემსით ჭიქის ძირზე ძლივს შესამჩნევ ნაკაწრს გააკეთებთ, მაშინ უკვე ცივი (12°C) ხსნარი იწყებს ჟანგბადის ბუშტების გამოყოფას ნაკაწრის ადგილზე და როდესაც თბება, ამ ადგილის გასწვრივ დაშლა შესამჩნევად ძლიერდება. თუ ასეთ ხსნარში შეჰყავთ სპონგური პლატინი, რომელსაც აქვს ძალიან დიდი ზედაპირი, მაშინ შესაძლებელია ფეთქებადი დაშლა.

H-ის სწრაფი დაშლა

2 O 2 შეიძლება გამოყენებულ იქნას ეფექტური სალექციო ექსპერიმენტისთვის, თუ ხსნარს დაემატება სურფაქტანტი (საპონი, შამპუნი) კატალიზატორის დამატებამდე. გამოთავისუფლებული ჟანგბადი ქმნის მდიდარ თეთრ ქაფს, რომელსაც "სპილოს კბილის პასტა" უწოდეს.

ზოგიერთი კატალიზატორი იწყებს H-ის არაჯაჭვური დაშლას

2 O 2, მაგალითად: H 2 O 2 + 2I + 2H + ® 2H 2 O + I 2 ® 2I + 2H + + O 2. არაჯაჭვური რეაქცია ასევე ხდება Fe იონების დაჟანგვის შემთხვევაში 2+ მჟავე ხსნარებში: 2FeSO 4 + H 2 O 2 + H 2 SO 4 ® Fe 2 (SO 4) 3 + 2H 2 O. ვინაიდან წყალხსნარები თითქმის ყოველთვის შეიცავს სხვადასხვა კატალიზატორის კვალს (მინაში შემავალ ლითონის იონებს ასევე შეუძლიათ დაშლის კატალიზირება), H-ის ხსნარები 2 O 2 გრძელვადიანი შენახვის დროს გაზავებულსაც კი ემატება ინჰიბიტორები და სტაბილიზატორები, რომლებიც აკავშირებენ ლითონის იონებს. ამ შემთხვევაში ხსნარი ოდნავ მჟავდება, ვინაიდან სუფთა წყლის მოქმედება მინაზე წარმოქმნის სუსტად ტუტე ხსნარს, რაც ხელს უწყობს H-ის დაშლას. 2 O 2 . H-ის დაშლის ყველა ეს თვისება 2 O 2 წინააღმდეგობების მოგვარების საშუალება. სუფთა H-ს მისაღებად 2 O 2 აუცილებელია დისტილაციის ჩატარება შემცირებული წნევის ქვეშ, რადგან ნივთიერება იშლება 70 ° C-ზე ზემოთ გაცხელებისას და თანაც, თუმცა ძალიან ნელა, ოთახის ტემპერატურაზე (როგორც ნათქვამია ქიმიურ ენციკლოპედიაში, წელიწადში 0,5% სიჩქარით). ამ შემთხვევაში როგორ მიიღეს 150,2°C ატმოსფერულ წნევაზე დუღილის წერტილი, რომელიც მოცემულია იმავე ენციკლოპედიაში? ჩვეულებრივ ასეთ შემთხვევებში გამოიყენება ფიზიკურ-ქიმიური კანონი: სითხის ორთქლის წნევის ლოგარითმი წრფივად დამოკიდებულია შებრუნებულ ტემპერატურაზე (კელვინის შკალაზე), ასე რომ, თუ ზუსტად გაზომავთ ორთქლის წნევას H. 2 O 2 რამდენიმე (დაბალ) ტემპერატურაზე ადვილია გამოთვალოთ რა ტემპერატურაზე მიაღწევს ეს წნევა 760 მმ Hg-ს. და ეს არის დუღილის წერტილი ნორმალურ პირობებში.

თეორიულად, OH რადიკალები

. ასევე შეიძლება ჩამოყალიბდეს ინიციატორების არარსებობის შემთხვევაში, უფრო სუსტი OO ბმის გაწყვეტის შედეგად, მაგრამ ეს მოითხოვს საკმაოდ მაღალ ტემპერატურას. H მოლეკულაში ამ ბმის გაწყვეტის შედარებით დაბალი ენერგიის მიუხედავად 2 O 2 (ეს უდრის 214 კჯ/მოლს, რაც 2,3-ჯერ ნაკლებია, ვიდრე წყლის მოლეკულის HOH ბმა), OO ბმა ჯერ კიდევ საკმარისად ძლიერია, რომ წყალბადის ზეჟანგი იყოს აბსოლუტურად სტაბილური ოთახის ტემპერატურაზე. და დუღილის დროსაც კი (150°C) ის ძალიან ნელა უნდა იშლება. გაანგარიშება აჩვენებს, რომ როდესაცამ ტემპერატურაზე, 0,5% დაშლა ასევე უნდა მოხდეს საკმაოდ ნელა, თუნდაც ჯაჭვის სიგრძე იყოს 1000 რგოლი. გამოთვლებსა და ექსპერიმენტულ მონაცემებს შორის შეუსაბამობა აიხსნება კატალიზური დაშლით, რომელიც გამოწვეულია სითხეში და რეაქციის ჭურჭლის კედლებში არსებული უმცირესი მინარევებით. ამიტომ, H დაშლის აქტივაციის ენერგია გაზომილია მრავალი ავტორის მიერ 2 O 2 ყოველთვის მნიშვნელოვნად ნაკლებია 214 კჯ/მოლზე, თუნდაც „კატალიზატორის არარსებობის შემთხვევაში“. ფაქტობრივად, დაშლის კატალიზატორი ყოველთვის არის, როგორც ხსნარში უმნიშვნელო მინარევების სახით, ასევე ჭურჭლის კედლების სახით, რის გამოც უწყლო H გათბობა 2 O 2 ატმოსფერულ წნევაზე დუღილმა არაერთხელ გამოიწვია აფეთქებები.

ზოგიერთ პირობებში ხდება ჰ-ის დაშლა

2 O 2 ხდება ძალიან უჩვეულოდ, მაგალითად, თუ გააცხელებთ H-ის ხსნარს 2 O 2 კალიუმის იოდატის KIO თანდასწრებით 3 , შემდეგ რეაგენტების გარკვეულ კონცენტრაციებში შეინიშნება რხევითი რეაქცია, ჟანგბადის გამოყოფა პერიოდულად ჩერდება და შემდეგ განახლდება 40-დან 800 წამამდე პერიოდით.ჰ-ის ქიმიური თვისებები 2 O 2 . წყალბადის ზეჟანგი არის მჟავა, მაგრამ ძალიან სუსტი. დისოციაციის მუდმივი H 2 O 2 H + + HO 2 25°C-ზე უდრის 2,4 10-ს 12 , რაც 5 რიგით ნაკლებია, ვიდრე H-სთვის 2 S. საშუალო მარილები H 2 O 2 ტუტე და დედამიწის ტუტე ლითონებს ჩვეულებრივ პეროქსიდებს უწოდებენ ( სმ. პეროქსიდები). წყალში გახსნისას ისინი თითქმის მთლიანად ჰიდროლიზდებიან: Na 2 O 2 + 2H 2 O ® 2NaOH + H 2 O 2 . ჰიდროლიზი ხელს უწყობს ხსნარების მჟავიანობით. მჟავის მსგავსად H 2 O 2 ასევე ქმნის მჟავა მარილებს, მაგალითად, Ba(HO 2) 2, NaHO 2 მჟავა მარილები ნაკლებად მგრძნობიარეა ჰიდროლიზის მიმართ, მაგრამ ადვილად იშლება გაცხელებისას, გამოყოფს ჟანგბადს: 2NaHO 2 ® 2NaOH + O 2 . ალკალი გაათავისუფლეს, როგორც ჰ 2 O 2 , ხელს უწყობს დაშლას.

გადაწყვეტილებები H

2 O 2 , განსაკუთრებით კონცენტრირებულებს, აქვთ ძლიერი ჟანგვის ეფექტი. ამრიგად, H-ის 65%-იანი ხსნარის გავლენით 2 O 2 ქაღალდზე, ნახერხზე და სხვა აალებადი ნივთიერებებზე ისინი ანთებენ. ნაკლებად კონცენტრირებული ხსნარები აფერხებს ბევრ ორგანულ ნაერთს, როგორიცაა ინდიგო. ფორმალდეჰიდის დაჟანგვა ხდება უჩვეულოდ: H 2 O 2 მცირდება არა წყალში (როგორც ყოველთვის), არამედ თავისუფალ წყალბადამდე: 2HCHO + H 2 O 2 ® 2НСООН + Н 2 . თუ იღებთ H-ის 30%-იან ხსნარს 2 O 2 და HCHO-ს 40%-იანი ხსნარი, შემდეგ უმნიშვნელო გახურების შემდეგ იწყება ძალადობრივი რეაქცია, სითხე ადუღდება და ქაფდება. H-ს განზავებული ხსნარების ოქსიდაციური ეფექტი 2 O 2 ყველაზე მეტად გამოხატულია მჟავე გარემოში, მაგალითად, H 2 O 2 + H 2 C 2 O 4 ® 2H 2 O + 2CO 2 , მაგრამ დაჟანგვა ასევე შესაძლებელია ტუტე გარემოში:Na + H 2 O 2 + NaOH® Na 2; 2K 3 + 3H 2 O 2® 2KCrO 4 + 2KOH + 8H 2 O. შავი ტყვიის სულფიდის დაჟანგვა თეთრ სულფატამდე PbS+ 4H 2 O 2 ® PbSO 4 + 4H 2 O შეიძლება გამოყენებულ იქნას ძველ ნახატებზე გაუფერულებული ტყვიის თეთრის აღსადგენად. სინათლის გავლენის ქვეშ მარილმჟავა ასევე განიცდის დაჟანგვას: H 2 O 2 + 2HCl ® 2H 2 O + Cl 2 . H 2 O 2-ის დამატება მჟავების მიმართ მნიშვნელოვნად ზრდის მათ ზემოქმედებას მეტალებზე. ამრიგად, ნარევში H 2 O 2 და განზავდეს H 2 SO 4 სპილენძი, ვერცხლი და ვერცხლისწყალი იხსნება; იოდი მჟავე გარემოში იჟანგება პერიოდულ მჟავად HIO 3 , გოგირდის დიოქსიდი გოგირდმჟავამდე და ა.შ.

უჩვეულოდ, ღვინის მჟავას კალიუმის ნატრიუმის მარილის დაჟანგვა (როშელის მარილი) ხდება კობალტის ქლორიდის, როგორც კატალიზატორის თანდასწრებით. რეაქციის დროს KOOC(CHOH)

2 COONa + 5H 2 O 2 ® KHCO 3 + NaHCO 3 + 6H 2 O + 2CO 2ვარდისფერი CoCl 2 იცვლის ფერს მწვანედ ტარტრატთან რთული ნაერთის, ღვინის მჟავას ანიონის წარმოქმნის გამო. როგორც რეაქცია მიმდინარეობს და ტარტრატი იჟანგება, კომპლექსი ნადგურდება და კატალიზატორი ისევ ვარდისფერდება. თუ კობალტის ქლორიდის ნაცვლად კატალიზატორად გამოიყენება სპილენძის სულფატი, შუალედური ნაერთი, საწყისი რეაგენტების თანაფარდობიდან გამომდინარე, შეღებილი იქნება ნარინჯისფერი ან მწვანე. რეაქციის დასრულების შემდეგ სპილენძის სულფატის ლურჯი ფერი აღდგება.

წყალბადის ზეჟანგი სრულიად განსხვავებულად რეაგირებს ძლიერი ჟანგვის აგენტების არსებობისას, ისევე როგორც ნივთიერებები, რომლებიც ადვილად ათავისუფლებენ ჟანგბადს. ასეთ შემთხვევებში ნ

2 O 2 ასევე შეუძლია იმოქმედოს როგორც შემამცირებელი აგენტი ჟანგბადის ერთდროული გამოყოფით (H-ის რედუქციური დაშლა ე.წ. 2 O 2), მაგალითად: 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 . ბოლო რეაქცია საინტერესოა, რადგან ის წარმოქმნის აღგზნებულ ჟანგბადის მოლეკულებს, რომლებიც ასხივებენ ფორთოხლის ფლუორესცენციას ( სმ. ქლორი აქტიური). ანალოგიურად, მეტალის ოქრო გამოიყოფა ოქროს მარილების ხსნარებიდან, მეტალის ვერცხლისწყალი მიიღება ვერცხლისწყლის ოქსიდიდან და ა.შ. ასეთი უჩვეულო ქონება 2 O 2 საშუალებას იძლევა, მაგალითად, განახორციელოს კალიუმის ჰექსაციანოფერატის (II) დაჟანგვა, შემდეგ კი პირობების შეცვლით, რეაქციის პროდუქტის აღდგენა თავდაპირველ ნაერთზე იმავე რეაგენტის გამოყენებით. პირველი რეაქცია ხდება მჟავე გარემოში, მეორე კი ტუტე გარემოში: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.("ორმაგი პერსონაჟი" ნ 2 O 2 ქიმიის ერთ მასწავლებელს საშუალება მისცა შეედარებინა წყალბადის ზეჟანგი ცნობილი ინგლისელი მწერლის სტივენსონის მოთხრობის გმირთან. ექიმი ჯეკილისა და მისტერ ჰაიდის უცნაური შემთხვევა, მის მიერ გამოგონილი კომპოზიციის გავლენით, მას შეეძლო მკვეთრად შეცვალოს თავისი ხასიათი, პატივსაცემი ჯენტლმენიდან სისხლისმსმელ მანიაკად გადაიქცა.)H 2 O 2-ის მიღება.მოლეკულები H 2 O 2 ყოველთვის მცირე რაოდენობით მიიღება სხვადასხვა ნაერთების წვისა და დაჟანგვის დროს. დაწვისას ჰ 2 O 2 წარმოიქმნება ან წყალბადის ატომების ამოღებით საწყისი ნაერთებიდან შუალედური ჰიდროპეროქსიდის რადიკალებით, მაგალითად: HO 2 . + CH 4 ® H 2 O 2 + CH 3 . , ან აქტიური თავისუფალი რადიკალების რეკომბინაციის შედეგად: 2OH. ® Н 2 О 2 , Н . + მაგრამ 2 . ® H 2 O 2 . მაგალითად, თუ ჟანგბად-წყალბადის ცეცხლი მიმართულია ყინულის ნაჭერზე, მაშინ გამდნარი წყალი შესამჩნევი რაოდენობით შეიცავს H-ს. 2 O 2 , წარმოიქმნება თავისუფალი რადიკალების რეკომბინაციის შედეგად (H მოლეკულის ცეცხლში 2 O 2 მაშინვე დაიშლება). მსგავსი შედეგი მიიღება სხვა გაზების დაწვისას. განათლება ნ 2 O 2 ასევე შეიძლება მოხდეს დაბალ ტემპერატურაზე სხვადასხვა რედოქს პროცესების შედეგად.

მრეწველობაში წყალბადის ზეჟანგი დიდი ხანია აღარ იწარმოება ტენარას მეთოდით ბარიუმის ზეჟანგიდან, მაგრამ გამოიყენება უფრო თანამედროვე მეთოდები. ერთ-ერთი მათგანია გოგირდმჟავას ხსნარების ელექტროლიზი. ამ შემთხვევაში ანოდზე სულფატის იონები იჟანგება პერსულფატ იონებში: 2SO

4 2 2e ® S 2 O 8 2 . პერსულფურის მჟავა შემდეგ ჰიდროლიზდება: H 2 S 2 O 8 + 2H 2 O ® H 2 O 2 + 2H 2 SO 4. კათოდზე, ჩვეულებისამებრ, წყალბადის ევოლუცია ხდება, ამიტომ საერთო რეაქცია აღწერილია განტოლებით 2H. 2 O ® H 2 O 2 + H 2 . მაგრამ მთავარი თანამედროვე მეთოდი (მსოფლიო წარმოების 80%-ზე მეტი) არის ზოგიერთი ორგანული ნაერთების დაჟანგვა, მაგალითად, ეთილანტრაჰიდროქინონი, ატმოსფერული ჟანგბადით ორგანულ გამხსნელში, ხოლო H2 წარმოიქმნება ანტრაჰიდროქინონისაგან. 2 O 2 და შესაბამისი ანტრაქინონი, რომელიც შემდეგ კვლავ მცირდება წყალბადით კატალიზატორზე ანტრაჰიდროქინონამდე. წყალბადის ზეჟანგი ამოღებულია ნარევიდან წყლით და კონცენტრირებულია დისტილაციით. მსგავსი რეაქცია ხდება იზოპროპილის სპირტის გამოყენებისას (ეს ხდება ჰიდროპეროქსიდის შუალედური წარმოქმნით): (CH) 3) 2 CHOH + O 2 ® (CH 3) 2 C (UN) OH ® (CH 3) 2 CO + H 2 O 2 . საჭიროების შემთხვევაში, მიღებული აცეტონი ასევე შეიძლება შემცირდეს იზოპროპილის სპირტამდე.H 2 O 2-ის გამოყენება. წყალბადის ზეჟანგი ფართოდ გამოიყენება და მისი გლობალური წარმოება წელიწადში ასობით ათასი ტონაა. იგი გამოიყენება არაორგანული პეროქსიდების წარმოებისთვის, როგორც ოქსიდიზატორი რაკეტების საწვავისთვის, ორგანულ სინთეზებში, ზეთების, ცხიმების, ქსოვილების, ქაღალდის გასათეთრებლად, ნახევარგამტარული მასალების გასაწმენდად, მადნებიდან ძვირფასი ლითონების მოსაპოვებლად (მაგალითად, ურანი მისი უხსნადი ფორმის გარდაქმნით. ხსნადში), ჩამდინარე წყლების გასაწმენდად. მედიცინაში ხსნარები ნ 2 O 2 გამოიყენება ლორწოვანი გარსის ანთებითი დაავადებების დროს (სტომატიტი, ყელის ტკივილი) გასარეცხად და საპოხად, ჩირქოვანი ჭრილობების სამკურნალოდ. საკონტაქტო ლინზების კორპუსებს ზოგჯერ აქვს ძალიან მცირე რაოდენობის პლატინის კატალიზატორი მოთავსებული სახურავში. დეზინფექციისთვის ლინზები ივსება ფანქრის ყუთში H-ის 3%-იანი ხსნარით 2 O 2 , მაგრამ ვინაიდან ეს ხსნარი საზიანოა თვალისთვის, ფანქრის ქეისს ცოტა ხნის შემდეგ აბრუნებენ. ამ შემთხვევაში, სახურავში არსებული კატალიზატორი სწრაფად იშლება H 2 O 2 სუფთა წყლისა და ჟანგბადისთვის.

ოდესღაც მოდური იყო თმის "პეროქსიდით" გაუფერულება, ახლა უფრო უსაფრთხოა თმის შეღებვა.

გარკვეული მარილების თანდასწრებით, წყალბადის ზეჟანგი ქმნის ერთგვარ მყარ "კონცენტრატს", რომელიც უფრო მოსახერხებელია ტრანსპორტირებისთვის და გამოყენებისთვის. ასე რომ, თუ H-ს დაუმატებთ ნატრიუმის ბორატის ძალიან გაციებულ გაჯერებულ ხსნარს (ბორაქსი)

2 O 2 ნატრიუმის პეროქსობორატის Na-ს დიდი გამჭვირვალე კრისტალების თანდასწრებით 2 [(BO 2) 2 (OH) 4 ]. ეს ნივთიერება ფართოდ გამოიყენება ქსოვილების გასათეთრებლად და როგორც სარეცხი საშუალებების კომპონენტი. მოლეკულები H 2 O 2 წყლის მოლეკულების მსგავსად, შეუძლიათ შეაღწიონ მარილების კრისტალურ სტრუქტურაში, წარმოქმნან რაღაც კრისტალური ჰიდრატების პეროქსიჰიდრატები, მაგალითად, K. 2 CO 3 3H 2 O 2, Na 2 CO 3 1.5H 2 O; ეს უკანასკნელი ნაერთი საყოველთაოდ ცნობილია როგორც "პერსოლი".

ეგრეთ წოდებული „ჰიდროპერიტი“ CO(NH

2) 2 H 2 O 2 არის H მოლეკულების ჩართვის კლატრატის ნაერთი 2 O 2 შარდოვანას ბროლის ბადის სიცარიელეებში.

ანალიტიკურ ქიმიაში წყალბადის ზეჟანგი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ზოგიერთი ლითონის დასადგენად. მაგალითად, თუ წყალბადის ზეჟანგი დაემატება ტიტანის(IV) მარილის ტიტანილ სულფატის ხსნარს, ხსნარი ხდება კაშკაშა ნარინჯისფერი პერტიტანის მჟავას წარმოქმნის გამო:

TiOSO 4 + H 2 SO 4 + H 2 O 2 ® H 2 + H 2 O.უფერო მოლიბდატის იონი MoO 4 2 იჟანგება H 2 O 2-ით ინტენსიურად ნარინჯისფერი პეროქსიდის ანიონში. კალიუმის დიქრომატის დამჟავებული ხსნარი H-ის თანდასწრებით 2 O 2 წარმოქმნის პერქრომის მჟავას: კ2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 + 5H 2 O 2® H 2 Cr 2 O 12 + K 2 SO 4 + 5H 2O, რომელიც საკმაოდ სწრაფად იშლება: H 2 Cr 2 O 12 + 3H 2 SO 4 ® Cr 2 (SO 4) 3 + 4H 2 O + 4O 2. თუ ამ ორ განტოლებას დავუმატებთ, მივიღებთ კალიუმის დიქრომატის შემცირების რეაქციას წყალბადის ზეჟანგთან: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.პერქრომის მჟავა შეიძლება გამოიყოს წყალხსნარიდან ეთერთან ერთად (ეს ბევრად უფრო სტაბილურია ეთერის ხსნარში, ვიდრე წყალში). ეთერული ფენა ინტენსიურად ლურჯდება.

ილია ლენსონი

ლიტერატურა Dolgoplosk B.A., Tinyakova E.I. თავისუფალი რადიკალების წარმოქმნა და მათი რეაქციები. მ., ქიმია, 1982 წ
წყალბადის ზეჟანგის ქიმია და ტექნოლოგია. ლ., ქიმია, 1984 წ

O.S.ZAYTSEV

ქიმიის წიგნი

საშუალო სკოლის მასწავლებლებისთვის,
პედაგოგიური უნივერსიტეტების სტუდენტები და 9-10 კლასის მოსწავლეები,
რომლებმაც გადაწყვიტეს დაეთმოთ თავი ქიმიას და ბუნებისმეტყველებას

სახელმძღვანელოს დავალება ლაბორატორია პრაქტიკული სამეცნიერო ისტორიები წასაკითხად

გაგრძელება. იხილეთ No4–14, 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 რედოქსის რეაქციები

(გაგრძელება)

ამოცანები და კითხვები

1. სტექიომეტრიული კოეფიციენტების შერჩევის ელექტრონ-იონის მეთოდის გამოყენებით, შეადგინეთ განტოლებები რედოქსული რეაქციებისთვის, რომლებიც მიმდინარეობს შემდეგი სქემების მიხედვით (წყლის ფორმულა არ არის მითითებული):

გთხოვთ გაითვალისწინოთ, რომ ნაერთები შეიცავს ორგანულ ნივთიერებებს! შეეცადეთ იპოვოთ კოეფიციენტები ჟანგვის მდგომარეობების ან ვალენტობის გამოყენებით.
2. აირჩიეთ ნებისმიერი ორი ელექტროდის რეაქციის განტოლება:

შეადგინეთ ერთი შემაჯამებელი განტოლება ელექტროდული პროცესების ორი დაწერილი განტოლებიდან. დაასახელეთ ჟანგვის და შემცირების აგენტი. გამოთვალეთ რეაქციის EMF, მისი და წონასწორობის მუდმივი. გამოიტანეთ დასკვნა ამ რეაქციის წონასწორობის ცვლის მიმართულების შესახებ.

თუ დაგავიწყდათ რა უნდა გააკეთოთ, გაიხსენეთ ზემოთ ნათქვამი. თქვენ შეგიძლიათ დაწეროთ ნებისმიერი ორი განტოლება ამ სიიდან. შეხედეთ მათი ელექტროდის პოტენციალის მნიშვნელობებს და გადაწერეთ ერთ-ერთი განტოლება საპირისპირო მიმართულებით. რომელი, რატომ და რატომ?გახსოვდეთ, რომ მოცემული და მიღებული ელექტრონების რიცხვი უნდა იყოს ტოლი, გაამრავლეთ კოეფიციენტები გარკვეულ რიცხვზე (რომელი?)და შეაჯამეთ ორივე განტოლება. ელექტროდის პოტენციალი ასევე შეჯამებულია, მაგრამ თქვენ არ ამრავლებთ მათ პროცესში მონაწილე ელექტრონების რაოდენობაზე. დადებითი EMF მნიშვნელობა მიუთითებს რეაქციის შესაძლებლობაზე. გაანგარიშებისთვის და წონასწორობის მუდმივები, ჩაანაცვლეთ თქვენ მიერ გამოთვლილი EMF მნიშვნელობა ადრე მიღებული ფორმულებით.

3. სტაბილურია კალიუმის პერმანგანატის წყალხსნარი? კითხვა შეიძლება განსხვავებულად ჩამოყალიბდეს შემდეგნაირად: რეაგირებს თუ არა პერმანგანატის იონი წყალთან და წარმოქმნის ჟანგბადს, თუ

4. წყალხსნარში ჰაერის ჟანგბადის დაჟანგვა აღწერილია განტოლებით:

O 2 + 4H + + 4 = 2H 2 O, = 0,82 ვ.

დაადგინეთ, შესაძლებელია თუ არა მე-2 დავალების რომელიმე განტოლების მარჯვენა მხარეს ჩაწერილი ნივთიერებების დაჟანგვა ამ განტოლებების მარჯვენა მხარეს დაწერილი შემცირების აგენტებით. მასწავლებელი გეტყვით განტოლების ნომერს.

შეიძლება გაგიჭირდეთ ამ დავალების შესრულება. ეს არის თქვენი პერსონაჟის მთავარი ნაკლი – გეჩვენებათ, რომ ამოცანა შეუძლებელია და მაშინვე უარს იტყვით მის გადაჭრის მცდელობებზე, თუმცა ყველა საჭირო ცოდნა გაქვთ. ამ შემთხვევაში, თქვენ უნდა დაწეროთ ჟანგბადისა და წყალბადის იონების რეაქციის განტოლება და თქვენთვის საინტერესო განტოლება. ნახეთ, რომელ რეაქციას აქვს ელექტრონების გაცემის უფრო მაღალი უნარი (მისი პოტენციალი უნდა იყოს უფრო უარყოფითი ან ნაკლებად დადებითი), გადაწერეთ მისი განტოლება საპირისპირო მიმართულებით, შეცვალეთ ელექტროდის პოტენციალის ნიშანი და შეაჯამეთ სხვა განტოლება. დადებითი EMF მნიშვნელობა მიუთითებს რეაქციის შესაძლებლობაზე.

5. დაწერეთ პერმანგანატის იონსა და წყალბადის ზეჟანგს H 2 O 2 რეაქციის განტოლება. რეაქცია წარმოქმნის Mn 2+ და O 2 . რა შანსები მიიღეთ?
და მე მივიღე შემდეგი განტოლება:

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

იპოვეთ შეცდომა, თუ მე დავუშვი, ან ახსენით, რატომ არის თქვენი შანსები განსხვავებული. ეს ამოცანა შექმნილია თქვენი ინტელექტისა და ქიმიის სხვა სექციების მასალების შესამოწმებლად.

პერმანგანატის იონის რეაქცია წყალბადის ზეჟანგთან მჟავე ხსნარში (გოგირდმჟავა) შეიძლება წარმოდგენილი იყოს რამდენიმე განტოლებით სხვადასხვა კოეფიციენტით, მაგალითად:

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.

მიუთითეთ ამის მიზეზი და დაწერეთ კიდევ ერთი განტოლება პერმანგანატის იონის რეაქციისთვის წყალბადის ზეჟანგთან.

თუ თქვენ შეძელით ახსნათ ასეთი უცნაური ფენომენის მიზეზი, ახსენით შემდეგი განტოლებების დაწერის შესაძლებლობის მიზეზი:

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.

შეიძლება ამ ორი განტოლების მიხედვით მოხდეს რეაქციები?

უპასუხე.პერმანგანატის იონების რეაქცია წყალბადის ზეჟანგთან დაკავშირებულია წყალბადის ზეჟანგის დაშლის პარალელურ რეაქციაზე:

2H 2 O 2 = O 2 + 2H 2 O.

თქვენ შეგიძლიათ შეაჯამოთ ძირითადი რეაქციის განტოლება ამ განტოლების უსასრულოდ დიდი რაოდენობით და მიიღოთ მრავალი განტოლება სხვადასხვა სტექიომეტრიული კოეფიციენტებით.

6. ეს ამოცანა შეიძლება იყოს ესეს ან მოხსენების თემა.

განიხილეთ Fe 3+ იონების რედუქციის რეაქციის შესაძლებლობა წყალბადის ზეჟანგთან წყალხსნარში:

2Fe 3+ + H 2 O 2 = 2Fe 2+ + O 2 + 2H +.

გამოთვალეთ რეაქციის EMF, მისი და წონასწორობის მუდმივი სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალის გამოყენებით:

კომპონენტების კონცენტრაციაზე რეაქციის სიჩქარის დამოკიდებულების შესწავლამ აჩვენა, რომ როდესაც Fe 3+ ან H 2 O 2 ინდივიდუალური კონცენტრაცია გაორმაგდება, რეაქციის სიჩქარე ორმაგდება. რა არის რეაქციის კინეტიკური განტოლება? დაადგინეთ, როგორ შეიცვლება რეაქციის სიჩქარე, როდესაც Fe 3+ ან H 2 O 2 კონცენტრაცია სამჯერ იზრდება. გამოთვალეთ, როგორ შეიცვლება რეაქციის სიჩქარე, როდესაც ხსნარი ორჯერ ან ათჯერ განზავდება წყლით.
შემოთავაზებულია შემდეგი რეაქციის მექანიზმი:

H 2 O 2 = H + H + (სწრაფი),

Fe 3+ + H = Fe 2+ + HO 2 (ნელი),

Fe 3+ + HO 2 = Fe 2+ + H + + O 2 (სწრაფი).

დაამტკიცეთ, რომ ეს მექანიზმი არ ეწინააღმდეგება ზემოაღნიშნული სიჩქარის დამოკიდებულებას რეაგენტების კონცენტრაციაზე. რომელი ეტაპია შეზღუდული? როგორია მისი მოლეკულურობა და როგორია მისი რიგი? როგორია რეაქციის ზოგადი თანმიმდევრობა? გაითვალისწინეთ რთული იონების და მოლეკულების არსებობა, როგორიცაა H და HO 2, და რომ თითოეული რეაქცია წარმოქმნის ორ ან თუნდაც სამ ნაწილაკს. (რატომ არ არსებობს ეტაპები ერთი ნაწილაკების წარმოქმნით?)

7. თარგმნეთ რუსულად.

რეაქციის მნიშვნელოვანი ტიპია ელექტრონის გადაცემის რეაქცია, რომელიც ასევე ცნობილია როგორც ჟანგვა-აღდგენის, ან რედოქსის რეაქცია. ასეთ რეაქციაში ერთი ან მეტი ელექტრონი გადადის ერთი ატომიდან მეორეზე. ოქსიდაცია არის სიტყვა თავდაპირველად ნიშნავდა კომბინაციას ჟანგბადის გაზთან, მაგრამ იმდენი სხვა რეაქცია ჟანგბადთან რეაქციებს წააგავდა, რომ ტერმინი საბოლოოდ გაფართოვდა და აღნიშნავდა ნებისმიერ რეაქციას, რომელშიც ნივთიერება ან სახეობა კარგავს ელექტრონებს. შემცირება არის მომატებული ელექტრონები. როგორც ჩანს, ეს ტერმინი სათავეს იღებს მეტალურგიულ ტერმინოლოგიაში: მადნის შემცირება მის ლითონამდე. შემცირება ჟანგვის საპირისპიროა. დაჟანგვა არ შეიძლება მოხდეს მისი შემცირების გარეშე; ანუ ელექტრონები ვერ დაიკარგება, თუ მათ რაიმე სხვა არ მოიპოვებს.

ლაბორატორიული კვლევა

თქვენთვის შემოთავაზებული ამოცანები, როგორც ადრე იყო, არის მოკლე კვლევითი ნაშრომები. ექსპერიმენტებისთვის შეირჩა რეაქციები, რომლებიც მნიშვნელოვანია არა მხოლოდ ქიმიაში, არამედ ეკოლოგიაშიც. საერთოდ არ არის აუცილებელი ყველა ექსპერიმენტის დასრულება - აირჩიე ის, რაც გაინტერესებს. მიზანშეწონილია მუშაობა მცირე ჯგუფებში (2-3 კაცი). ეს ამცირებს ექსპერიმენტის დროს, თავიდან აიცილებს შეცდომებს და, რაც მთავარია, საშუალებას გაძლევთ ჩაერთოთ სამეცნიერო კომუნიკაციაში, რაც ავითარებს მეცნიერულ ენას.

1. წყალბადის ზეჟანგის რედოქს თვისებები.

წყალბადის ზეჟანგი H 2 O 2 არის ყველაზე მნიშვნელოვანი ჟანგვის აგენტი, რომელიც გამოიყენება ყოველდღიურ ცხოვრებაში, ტექნოლოგიაში და ორგანული დამაბინძურებლებისგან წყლის გაწმენდისას. წყალბადის ზეჟანგი არის ეკოლოგიურად სუფთა ჟანგვის აგენტი, რადგან მისი დაშლის პროდუქტები - ჟანგბადი და წყალი - არ აბინძურებს გარემოს. ცნობილია წყალბადის ზეჟანგის და პეროქსიდის ორგანული ნაერთების როლი ბიოლოგიურ დაჟანგვა-აღდგენით პროცესებში.
წყალბადის ზეჟანგის 3-6%-იანი ხსნარი საყოფაცხოვრებო და საგანმანათლებლო მიზნებისთვის, როგორც წესი, მზადდება 30%-იანი ხსნარისგან წყლით განზავებით. წყალბადის ზეჟანგი იშლება შენახვის დროს, გამოყოფს ჟანგბადს (არ შეიძლება მჭიდროდ დახურულ კონტეინერებში შენახვა!). რაც უფრო დაბალია წყალბადის ზეჟანგის კონცენტრაცია, მით უფრო სტაბილურია იგი. დაშლის შესანელებლად, დაამატეთ ფოსფორის, სალიცილის მჟავები და სხვა ნივთიერებები. რკინის, სპილენძის, მანგანუმის და ფერმენტის კატალაზას მარილები განსაკუთრებით ძლიერ გავლენას ახდენენ წყალბადის ზეჟანგზე.
წყალბადის ზეჟანგის 3%-იან ხსნარს მედიცინაში იყენებენ სტომატიტისა და ყელის ტკივილის დროს პირის ღრუს დასაბანად და გარგარის მიზნით.
წყალბადის ზეჟანგის 30%-იან ხსნარს ე.წ პერჰიდროლი. პერჰიდროლი არ არის ფეთქებადი. პერჰიდროლი კანზე მოხვედრისას იწვევს დამწვრობას, წვას, ქავილს და ბუშტუკებს და კანი თეთრდება. დამწვარი ადგილი სწრაფად უნდა ჩამოიბანოთ წყლით. პერჰიდროლი გამოიყენება მედიცინაში ჩირქოვანი ჭრილობების სამკურნალოდ და ღრძილების სამკურნალოდ სტომატიტის დროს. კოსმეტოლოგიაში გამოიყენება სახის კანზე ასაკობრივი ლაქების მოსაშორებლად. ტანსაცმელზე წყალბადის ზეჟანგით ლაქების ამოღება შეუძლებელია. წყალბადის ზეჟანგი ტექსტილის მრეწველობაში გამოიყენება მატყლისა და აბრეშუმის, ასევე ბეწვის გასათეთრებლად.
წყალბადის ზეჟანგის კონცენტრირებული (90-98%) ხსნარების წარმოება მუდმივად იზრდება. ასეთი ხსნარები ინახება ალუმინის კონტეინერებში ნატრიუმის პიროფოსფატის Na 4 P 2 O 7 დამატებით. კონცენტრირებული ხსნარები შეიძლება ფეთქებად დაიშალა. წყალბადის ზეჟანგის კონცენტრირებული ხსნარი ოქსიდურ კატალიზატორზე 700 °C ტემპერატურაზე იშლება წყლის ორთქლად და ჟანგბადად, რომელიც ემსახურება როგორც ჟანგვის საწვავს რეაქტიულ ძრავებში.

წყალბადის ზეჟანგს შეუძლია გამოავლინოს როგორც ჟანგვის, ასევე შემცირების თვისებები.
წყალბადის ზეჟანგის ჟანგვის აგენტის როლი უფრო ტიპიურია:

H 2 O 2 + 2H + + 2 = 2H 2 O,

მაგალითად რეაქციაში:

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

წყალბადის ზეჟანგი, როგორც შემცირების აგენტი:
1) მჟავე გარემოში:

H 2 O 2 – 2 = O 2 + 2H +;

2) ძირითად (ტუტე) გარემოში:

H 2 O 2 + 2OH - – 2 = O 2 + 2H 2 O.

რეაქციების მაგალითები:
1) მჟავე გარემოში:

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

2) ძირითად გარემოში:

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

წყალბადის ზეჟანგის ჟანგვის თვისებები უფრო გამოხატულია მჟავე გარემოში, ხოლო აღმდგენი თვისებები უფრო გამოხატულია ტუტე გარემოში.

1ა. წყალბადის ზეჟანგის დაშლა.

ჩაასხით 2-3 მლ წყალბადის ზეჟანგის ხსნარი სინჯარაში და გაათბეთ ხსნარი წყლის აბაზანაში. გაზის გამოშვება უნდა დაიწყოს. (Რომელი?)ექსპერიმენტულად დაამტკიცეთ, რომ ეს არის ზუსტად ის გაზი, რომლის მიღებასაც ელოდით.
ჩაყარეთ მანგანუმის დიოქსიდის მარცვალი სხვა სინჯარაში წყალბადის ზეჟანგის ხსნარით. დაამტკიცეთ, რომ ერთი და იგივე გაზი გამოიყოფა.
დაწერეთ წყალბადის ზეჟანგის დაშლის განტოლება და ცალ-ცალკე ელექტრონების მიღებისა და გამოთავისუფლების განტოლებები. რა ტიპის რედოქს რეაქციაა ეს?
გამოთვალეთ რეაქციის EMF, თუ:

ამ ორი რეაქციისგან რომელს აქვს ელექტრონების გაცემის უფრო დიდი უნარი და უნდა გადაიწეროს საპირისპირო მიმართულებით? რეაქციის emf მნიშვნელობიდან გამოთვალეთ რეაქცია და წონასწორობის მუდმივი.

შეადარეთ შედეგები და თერმოდინამიკური მონაცემებით მიღებული წონასწორობის მუდმივი:

თქვენი გამოთვლების შედეგები იგივეა? თუ არსებობს რაიმე შეუსაბამობა შედეგებში, შეეცადეთ იპოვოთ მიზეზები.

1ბ. წყალბადის ზეჟანგის გამოვლენა.

დაამატეთ წყალბადის ზეჟანგის ხსნარის რამდენიმე წვეთი კალიუმის იოდიდის ხსნარში (2–3 მლ), განზავებული და გოგირდის მჟავით გამჟავებული. ხსნარი მოყვითალო-ყავისფერი გახდება. როდესაც მას რამდენიმე წვეთი სახამებლის ხსნარი ემატება, ნარევის ფერი მყისიერად ლურჯდება. დაწერეთ რეაქციის განტოლება (თქვენ იცით წარმოქმნილი ნივთიერებები!).
გამოთვალეთ რეაქციის EMF, რათა დარწმუნდეთ, რომ რეაქცია შესაძლებელია (აირჩიეთ თქვენთვის საჭირო რეაქცია):

1 საუკუნე შავი ტყვიის სულფიდი და წყალბადის ზეჟანგი.

ძველი ოსტატები თავიანთ ნახატებს ხატავდნენ ტყვიის თეთრის საფუძველზე მომზადებული საღებავებით, რომელშიც შედიოდა თეთრი ძირითადი კარბონატი 2PbCO 3 Pb(OH) 2. დროთა განმავლობაში ტყვიის თეთრი შავდება და მასზე დაფუძნებული საღებავები წყალბადის სულფიდის მოქმედების გამო იცვლის ფერს და წარმოიქმნება შავი ტყვიის სულფიდი PbS. თუ ნახატი ფრთხილად წაიშლება წყალბადის ზეჟანგის განზავებული ხსნარით, ტყვიის სულფიდი გადაიქცევა თეთრ ტყვიის სულფატად PbSO 4 და ნახატი თითქმის მთლიანად უბრუნდება თავდაპირველ იერსახეს.

ჩაასხით 1-2 მლ ტყვიის ნიტრატის Pb(NO 3) 2 ან ტყვიის აცეტატის Pb(CH 3 COO) 2 0,1 M ხსნარი სინჯარაში. (აფთიაქებში იყიდება ტყვიის ლოსიონის სახით). ჩაასხით ცოტა წყალბადის სულფიდის ან ნატრიუმის სულფიდის ხსნარი. გამოწურეთ ხსნარი მიღებული შავი ნალექისგან და დაამუშავეთ წყალბადის ზეჟანგის ხსნარით. დაწერეთ რეაქციის განტოლებები.
ტყვიის ყველა ნაერთი შხამიანია!

1 წელი წყალბადის ზეჟანგის ხსნარის მომზადება ჰიდროპერიტიდან.

თუ წყალბადის ზეჟანგის ხსნარის მიღება ვერ მოახერხეთ, მაშინ ლაბორატორიული სამუშაოებისთვის შეგიძლიათ გამოიყენოთ ჰიდროპერიტი, რომლის ტაბლეტების შეძენა შესაძლებელია აფთიაქში.

ჰიდროპერიტი არის წყალბადის ზეჟანგის რთული ნაერთი შარდოვანასთან (შარდოვანა) NH 2 CONH 2 H 2 O 2. წყალში გახსნისას მიიღება წყალბადის ზეჟანგის და შარდოვანას NH 2 CONH 2 ხსნარი. ანტისეპტიკად და თმის შეღებვისას წყალბადის ზეჟანგის ხსნარის ნაცვლად გამოიყენება ჰიდროპერიტის ხსნარი. პირის ღრუსა და ყელის გამოსაბანად 1 ტაბლეტი გახსენით ჭიქა წყალში (0,25% წყალბადის ზეჟანგი ხსნარი). ჰიდროპერიტის ერთი ტაბლეტი იწონის 1,5 გ და შეესაბამება 15 მლ
(1 სუფრის კოვზი) 3% წყალბადის ზეჟანგის ხსნარი.

გამოთვალეთ ჰიდროპერიტის რამდენი ტაბლეტი უნდა გაიხსნას 100 მლ წყალში, რათა მივიღოთ დაახლოებით 1% წყალბადის ზეჟანგის ხსნარი. რა მოცულობის ჟანგბადი (n.o.) შეიძლება მივიღოთ ჰიდროპერიტის ერთი ტაბლეტისგან?
ექსპერიმენტულად დაადგინეთ რამდენი მილილიტრი ჟანგბადის მიღება შეიძლება ჰიდროპერიტის ერთი ტაბლეტისგან. შესთავაზეთ მოწყობილობის დიზაინი და ააწყვეთ იგი. შეამცირეთ გამოთავისუფლებული ჟანგბადის მოცულობა ნორმალურ პირობებში. გაანგარიშების უფრო ზუსტი შედეგების მისაღებად, შეგიძლიათ გაითვალისწინოთ წყლის ორთქლის წნევა ხსნარის ზემოთ, რომელიც ოთახის ტემპერატურაზე (20 °C) დაახლოებით უდრის 2300 Pa-ს.

წყალბადის ზეჟანგი (პეროქსიდი) არის უფერო, სიროფიანი სითხე, სიმკვრივით, რომელიც მყარდება -. ეს არის ძალიან მყიფე ნივთიერება, რომელსაც შეუძლია ფეთქებად დაშლა წყალში და ჟანგბადში, გამოყოფს დიდი რაოდენობით სითბოს:

წყალბადის ზეჟანგის წყალხსნარები უფრო სტაბილურია; გრილ ადგილას მათი შენახვა შესაძლებელია საკმაოდ დიდი ხნის განმავლობაში. პერჰიდროლი, ხსნარი, რომელიც იყიდება, შეიცავს. ის, ისევე როგორც წყალბადის ზეჟანგის მაღალკონცენტრირებული ხსნარები, შეიცავს სტაბილიზირებელ დანამატებს.

წყალბადის ზეჟანგის დაშლა აჩქარებულია კატალიზატორებით. თუ, მაგალითად, წყალბადის ზეჟანგის ხსნარში ჩააგდებთ ცოტა მანგანუმის დიოქსიდს, ხდება ძალადობრივი რეაქცია და გამოიყოფა ჟანგბადი. კატალიზატორები, რომლებიც ხელს უწყობენ წყალბადის ზეჟანგის დაშლას, მოიცავს სპილენძს, რკინას, მანგანუმს, ასევე ამ ლითონების იონებს. ამ ლითონების უკვე კვალმა შეიძლება გამოიწვიოს გახრწნა.

წყალბადის ზეჟანგი წარმოიქმნება შუალედური პროდუქტის სახით წყალბადის წვის დროს, მაგრამ წყალბადის ალის მაღალი ტემპერატურის გამო იგი მაშინვე იშლება წყალში და ჟანგბადად.

ბრინჯი. 108. მოლეკულის აგებულების სქემა. კუთხე ახლოსაა , კუთხე ახლოსაა . ბმულის სიგრძე: .

თუმცა, თუ წყალბადის ცეცხლს მიმართავთ ყინულის ნაჭერს, წყალბადის ზეჟანგის კვალი შეიძლება აღმოჩნდეს მიღებულ წყალში.

წყალბადის ზეჟანგი ასევე წარმოიქმნება ატომური წყალბადის ჟანგბადზე მოქმედებით.

მრეწველობაში წყალბადის ზეჟანგი იწარმოება ძირითადად ელექტროქიმიური მეთოდებით, მაგალითად, გოგირდმჟავას ან ამონიუმის წყალბადის სულფატის ხსნარების ანოდური დაჟანგვა, რასაც მოჰყვება მიღებული პეროქსიდის გოგირდმჟავას ჰიდროლიზი (იხ. § 132). ამ შემთხვევაში მიმდინარე პროცესები შეიძლება წარმოდგენილი იყოს შემდეგი დიაგრამით:

წყალბადის ზეჟანგში წყალბადის ატომები კოვალენტურად არის დაკავშირებული ჟანგბადის ატომებთან, რომელთა შორისაც არის მარტივი ბმა. წყალბადის ზეჟანგის სტრუქტურა შეიძლება გამოიხატოს შემდეგი სტრუქტურული ფორმულით: H-O-O-H.

მოლეკულებს აქვთ მნიშვნელოვანი პოლარობა, რაც მათი სივრცითი სტრუქტურის შედეგია (ნახ. 106).

წყალბადის ზეჟანგის მოლეკულაში წყალბადისა და ჟანგბადის ატომებს შორის ბმები პოლარულია (გაზიარებული ელექტრონების ჟანგბადისკენ გადაადგილების გამო). ამიტომ, წყალხსნარში, პოლარული წყლის მოლეკულების გავლენით, წყალბადის ზეჟანგს შეუძლია წყალბადის იონების გაყოფა, ანუ მას აქვს მჟავე თვისებები. წყალბადის ზეჟანგი არის ძალიან სუსტი ორფუძიანი მჟავა წყალხსნარში, ის იშლება, თუმცა მცირე რაოდენობით, იონებად:

მეორე ეტაპის დისოციაცია

პრაქტიკულად არ არის გაჟონვა. მას თრგუნავს წყლის არსებობა, ნივთიერება, რომელიც იშლება წყალბადის იონების წარმოქმნით უფრო მეტად, ვიდრე წყალბადის ზეჟანგი. თუმცა, როდესაც წყალბადის იონები აკავშირებენ (მაგალითად, როდესაც ტუტე შეჰყავთ ხსნარში), დისოციაცია ხდება მეორე საფეხურზე.

წყალბადის ზეჟანგი უშუალოდ რეაგირებს ზოგიერთ ფუძესთან და ქმნის მარილებს.

ამრიგად, როდესაც წყალბადის ზეჟანგი მოქმედებს ბარიუმის ჰიდროქსიდის წყალხსნარზე, წყალბადის ზეჟანგის ბარიუმის მარილის ნალექი ილექება:

წყალბადის ზეჟანგის მარილებს პეროქსიდები ან პეროქსიდები ეწოდება. ისინი შედგება დადებითად დამუხტული ლითონის იონებისა და უარყოფითად დამუხტული იონებისგან, რომელთა ელექტრონული სტრუქტურა შეიძლება წარმოდგენილი იყოს დიაგრამით:

წყალბადის ზეჟანგში ჟანგბადის დაჟანგვის ხარისხი არის -1, ანუ მას აქვს შუალედური მნიშვნელობა წყალში ჟანგბადის დაჟანგვის ხარისხსა და მოლეკულურ ჟანგბადს შორის (0). ამრიგად, წყალბადის ზეჟანგს აქვს როგორც ჟანგვის აგენტის, ასევე აღმდგენი აგენტის თვისებები, ანუ ის ავლენს რედოქს ორმაგობას. მიუხედავად ამისა, მას უფრო მეტად ახასიათებს ჟანგვის თვისებები, რადგან ელექტროქიმიური სისტემის სტანდარტული პოტენციალია

რომელშიც ის მოქმედებს როგორც ჟანგვის აგენტი, უდრის 1,776 ვ, ხოლო ელექტროქიმიური სისტემის სტანდარტული პოტენციალი

რომელშიც წყალბადის ზეჟანგი არის აღმდგენი საშუალება, უდრის 0,682 V. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, წყალბადის ზეჟანგს შეუძლია დაჟანგვის ნივთიერებები, რომლებიც არ აღემატება 1,776 V-ს და შეამციროს მხოლოდ ის, ვინც აღემატება 0,682 V. ცხრილის მიხედვით. 18 (გვერდი 277) ხედავთ, რომ პირველ ჯგუფში შედის მრავალი სხვა ნივთიერება.

რეაქციების მაგალითები, რომლებშიც ის ემსახურება როგორც ჟანგვის აგენტს, მოიცავს კალიუმის ნიტრიტის დაჟანგვას.

და იოდის გამოყოფა კალიუმის იოდიდისგან:

გამოიყენება ქსოვილებისა და ბეწვის გასათეთრებლად, გამოიყენება მედიცინაში (3%-იანი ხსნარი არის სადეზინფექციო საშუალება), კვების მრეწველობაში (საკონსერვო პროდუქტების დასაკონსერვებლად), სოფლის მეურნეობაში თესლის დასამუშავებლად, აგრეთვე მთელი რიგი ორგანული ნაერთების წარმოებაში. პოლიმერები და ფოროვანი მასალები. წყალბადის ზეჟანგი გამოიყენება როგორც ძლიერი ჟანგვის აგენტი რაკეტაში.

წყალბადის ზეჟანგი ასევე გამოიყენება ძველი ზეთის ნახატების გასაახლებლად, რომლებიც დროთა განმავლობაში დაბნელდა თეთრი ტყვიის შავ ტყვიის სულფიდად გადაქცევის გამო ჰაერში წყალბადის სულფიდის კვალის გავლენის ქვეშ. როდესაც ასეთი ნახატები წყალბადის ზეჟანგით ირეცხება, ტყვიის სულფიდი იჟანგება თეთრ ტყვიის სულფატში:


და ბუნებრივი რესურსები

ქიმიისა და ეკოლოგიის კათედრა

დაშლის რეაქციის სიჩქარის შესწავლა

წყალბადის პეროქსიდი კატალიზატორის თანდასწრებით

გასომეტრიული მეთოდით.

დისციპლინაში "ფიზიკური და კოლოიდური ქიმია"

სპეციალობისთვის 060301.65 − ფარმაცია

ველიკი ნოვგოროდი

1 სამუშაოს მიზანი……………………………………………………………………………………..3

2 ძირითადი თეორიული პრინციპები…………………………………………….3

4 ექსპერიმენტული ნაწილი…………………………………………………………4

4.1 წყალბადის ზეჟანგის დაშლა მანგანუმის დიოქსიდის MnO2 თანდასწრებით…………..…………………………………………………………………………………….4

4.2 წყალბადის ზეჟანგის დაშლა კატალიზატორის თანდასწრებით T2 ტემპერატურაზე................................... ..................................................... ................................ 6

5 მოთხოვნები მოხსენების შინაარსისთვის………………………………………………………..6

6 ტესტის კითხვებისა და დავალებების ნიმუშები……………………………7

1 სამუშაოს მიზნები

1. განსაზღვრეთ სიჩქარის მუდმივი, რეაქციის რიგი, ნახევარგამოყოფის პერიოდი T1 ტემპერატურაზე.

2. ააგეთ გამოთავისუფლებული O2-ის რაოდენობის გრაფიკი დროის მიხედვით და განსაზღვრეთ ნახევარგამოყოფის პერიოდი გრაფიკულად.

3. განსაზღვრეთ რეაქციის აქტივაციის ენერგია, გამოთვალეთ რეაქციის სიჩქარის ტემპერატურული კოეფიციენტი.


2 ძირითადი თეორიული დებულებები

წყალბადის ზეჟანგის გამოყენება ბევრ ტექნოლოგიურ პროცესში, მედიცინასა და სოფლის მეურნეობაში ეფუძნება მის ჟანგვის თვისებებს. წყალხსნარებში H2O2-ის დაშლის პროცესი ხდება სპონტანურად და შეიძლება წარმოდგენილი იყოს განტოლებით:

Н2О2®Н2О +1/2 О2

პროცესი შეიძლება დაჩქარდეს კატალიზატორის გამოყენებით. ეს შეიძლება იყოს ანიონები და კათიონები, მაგალითად CuSO4 (ჰომოგენური კატალიზი). მყარი კატალიზატორები (ქვანახშირი, ლითონები, მარილები და ლითონის ოქსიდები) ასევე აჩქარებენ გავლენას H2O2-ის დაშლაზე. H2O2 დაშლის ჰეტეროგენული კატალიზური რეაქციის მიმდინარეობაზე გავლენას ახდენს გარემოს pH, ზედაპირის მდგომარეობა და კატალიზური შხამები, მაგალითად C2H5OH, CO, HCN, H2S.

მცენარეების, ცხოველებისა და ადამიანების უჯრედებში ასევე ხდება წყალბადის ზეჟანგის კატალიზური დაშლა. პროცესი ტარდება ფერმენტების კატალაზასა და პეროქსიდაზას მოქმედებით, რომლებსაც, არაბიოლოგიური ხასიათის კატალიზატორებისგან განსხვავებით, აქვთ განსაკუთრებით მაღალი კატალიზური აქტივობა და მოქმედების სპეციფიკა.

H2O2-ის დაშლას თან ახლავს O2-ის გამოყოფა. გამოთავისუფლებული ჟანგბადის მოცულობა დაშლილი წყალბადის ზეჟანგის ოდენობის პროპორციულია. ნამუშევარი იყენებს გაზომეტრიულ მეთოდს.

3 უსაფრთხოების მოთხოვნები

ამ ლაბორატორიული სამუშაოს შესრულებისას უნდა დაიცვათ ქიმიურ ლაბორატორიაში მუშაობის ზოგადი წესები.

4 ექსპერიმენტული ნაწილი

4.1 წყალბადის ზეჟანგის დაშლა მანგანუმის დიოქსიდის თანდასწრებითMnO2 .

ექსპერიმენტის დაწყებამდე აუცილებელია კატალიზატორის მომზადება: წაუსვით შუშის ღეროს პატარა ნაჭერი BF წებოთი ან სახამებლის პასტით. საჭიროა მხოლოდ ბოლო შეზეთოთ წებოთი, დაასხით ცოტაოდენი MnO2 ფხვნილი საათის მინაზე, ჯოხის ბოლო შეახო ფხვნილს ისე, რომ მინაზე დარჩეს მცირე რაოდენობით MnO2. წებოს აშრობენ რამდენიმე წუთის განმავლობაში (1-2 წუთი). H2O2-ის შეგროვების სისტემაში წნევა უნდა მიიყვანოთ ატმოსფერულ წნევამდე: გახსენით რეაქციის მილის საცობი და გამოიყენეთ გამათანაბრებელი კოლბა, რათა დააყენოთ წყლის დონე ბურეტში ნულამდე.

H2O2 დაშლის სიჩქარის საზომი მოწყობილობის დიაგრამა ნაჩვენებია ნახაზ 1-ში.

წყალი

საცდელი მილი H2O2-ით

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

სურ. 1 – მოწყობილობა H2O2 დაშლის კინეტიკის შესასწავლად.

პიპეტის ან საზომი ცილინდრის გამოყენებით, გაზომეთ 2 მლ 3% H2O2 ხსნარი და ჩაასხით სინჯარაში 1. თუ ექსპერიმენტი ტარდება ოთახის ტემპერატურაზე, მოამზადეთ წამზომი და ცხრილი ექსპერიმენტული მონაცემების ჩასაწერად მინის ღეროს ნაჭერი სინჯარაში. დახურეთ რეაქციის ჭურჭელი საცობით. ჩაწერეთ 30 წამის შემდეგ გამოთავისუფლებული ჟანგბადის მოცულობა, შემდეგ კი ინტერვალი შეიძლება გაიზარდოს 1 წუთამდე.

ბიურეტში სითხის დონის კლებასთან ერთად, გამათანაბრებელი კოლბა ქვეითდება ისე, რომ სითხის დონე ბიურეტში და კოლბაში არ იცვლება, დონეებში განსხვავება მინიმალურია.

რეაქცია ჩაითვლება დასრულებულად, როდესაც სითხის დონე ბიურეტში შეწყვეტს დაცემას.

ჟანგბადის მოცულობა, რომელიც შეესაბამება H2O2 –V¥ სრულ დაშლას, შეიძლება მივიღოთ, თუ რეაქციის ჭურჭელი მოთავსდება ჭიქა ცხელ წყალში. საცდელი მილის ოთახის ტემპერატურამდე გაციების შემდეგ. შემდეგ განისაზღვრება H2O2-ის სრული დაშლის შესაბამისი O2 მოცულობა.

ცხრილი - ექსპერიმენტული მონაცემები

თუ დავუშვებთ, რომ რეაქცია არის პირველი რიგის, რეაქციის სიჩქარის მუდმივი გამოითვლება პირველი რიგის კინეტიკური განტოლების გამოყენებით:


ექსპერიმენტის შედეგების საფუძველზე გამოითვლება რეაქციის სიჩქარის მუდმივის საშუალო მნიშვნელობა.

წყალბადის ზეჟანგის ნახევარგამოყოფის პერიოდი გამოითვლება განტოლების გამოყენებით:

t0.5 = 0.693/კ სიჩქარის მუდმივის საშუალო მნიშვნელობის გამოყენებით.

სიჩქარის მუდმივი და ნახევარგამოყოფის პერიოდი განისაზღვრება გრაფიკულად Vt = f (t) და ln(V¥ – Vt) = f (t) დამოკიდებულების გამოყენებით, რომლებიც წარმოდგენილია ნახ. 2 და ნახ. 3. შეადარეთ მიღებული შედეგები ორი მეთოდით - ანალიტიკური და გრაფიკული.

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

t, პიტნის t, min

ბრინჯი. 2 – დამოკიდებულება Vt = f(t) ნახ. 3 – დამოკიდებულება ln(V¥ – Vt) = f(t)

4.2 წყალბადის ზეჟანგის დაშლა კატალიზატორის თანდასწრებით T2 ტემპერატურაზე

ექსპერიმენტი მეორდება რეაქციის ჭურჭლის მოთავსებით წყლის აბაზანაში ან ჭიქა წყალში T2 ტემპერატურაზე (მასწავლებლის მითითებით). მონაცემები შეიტანება ცხრილში:

ვიცოდეთ სიჩქარის მუდმივები k1 და k2 ორ სხვადასხვა ტემპერატურაზე, ჩვენ შეგვიძლია გამოვთვალოთ აქტივაციის ენერგია Ea არენიუსის განტოლების გამოყენებით:

ეა =

გარდა ამისა, შეგიძლიათ გამოთვალოთ ტემპერატურის კოეფიციენტი ვან ჰოფის წესის გამოყენებით:

k2/k1 = γ ∆t/10

5 ანგარიშის შინაარსის მოთხოვნები

ანგარიში უნდა შეიცავდეს:

1. სამუშაოს მიზანი;

2. პეროქსიდის დაშლისას გამოთავისუფლებული ჟანგბადის მოცულობის გაზომვის შედეგები;

3. წყალბადის ზეჟანგის რეაქციის სიჩქარის მუდმივის და ნახევარგამოყოფის (ნახევრად გარდაქმნის) გაანგარიშება;

4. Vt = f(t) დამოკიდებულების გრაფიკი და წყალბადის ზეჟანგის ნახევარგამოყოფის პერიოდის გრაფიკული განსაზღვრის შედეგები;

5. ln(V¥ – Vt) = f(t) გრაფიკი რეაქციის სიჩქარის მუდმივის დასადგენად;

6. მომატებულ ტემპერატურაზე პეროქსიდის დაშლისას გამოთავისუფლებული ჟანგბადის მოცულობის გაზომვის შედეგები და რეაქციის სიჩქარის მუდმივის გაანგარიშება;

7. აქტივაციის ენერგიის გამოთვლა არენიუსის განტოლების გამოყენებით და რეაქციის სიჩქარის ტემპერატურული კოეფიციენტის გამოთვლა van’t Hoff წესის გამოყენებით;

8. დასკვნები.

6 სატესტო კითხვებისა და ამოცანების ნიმუში

1. რეაქციის სიჩქარის მუდმივი დამოკიდებულია:

ა) რეაგენტების ბუნება;

ბ) ტემპერატურა;

გ) რეაგენტების კონცენტრაციები;

დ) რეაქციის დაწყებიდან გასული დრო.

2. რეაქციის რიგი

ა) ფორმალური ღირებულება;

ბ) განისაზღვრება მხოლოდ ექსპერიმენტულად;

გ) შეიძლება გამოითვალოს თეორიულად;

დ) უდრის p + q მაჩვენებლების ჯამს, განტოლებაში υ = k · CAp · CBq.

3. ქიმიური რეაქციის აქტივაციის ენერგია

ა) ჭარბი ენერგია მოლეკულების საშუალო ენერგიასთან შედარებით, რომელიც საჭიროა მოლეკულებს შორის შეჯახების გასააქტიურებლად;

ბ) დამოკიდებულია რეაგენტების ბუნებაზე;

გ) გაზომილი ჯ/მოლში;

დ) იზრდება სისტემაში კატალიზატორის შეყვანისას.

4. გარკვეული რადიოაქტიური იზოტოპის ნახევარგამოყოფის პერიოდი 30 დღეა. გამოთვალეთ დრო, რომლის შემდეგაც იზოტოპის რაოდენობა იქნება ორიგინალის 10%.

5. პირველი რიგის რეაქცია გარკვეულ ტემპერატურაზე მიმდინარეობს 25%-ით 30 წუთში. გამოთვალეთ საწყისი ნივთიერების ნახევარგამოყოფის პერიოდი.

6. რამდენჯერ გაიზრდება რეაქციის სიჩქარე ტემპერატურის 40K-ით გაზრდისას, თუ რეაქციის სიჩქარის ტემპერატურული კოეფიციენტი არის 3?

7. ტემპერატურის 40K-ით მატებასთან ერთად გარკვეული რეაქციის სიჩქარე გაიზარდა 39,06-ჯერ. განსაზღვრეთ რეაქციის სიჩქარის ტემპერატურული კოეფიციენტი.

წყალბადის ზეჟანგის დაშლა კატალიზატორის გავლენით და თხევადი საპნის თანდასწრებით ერთ-ერთი ულამაზესი ქიმიური ექსპერიმენტია. რუსულენოვან ლიტერატურაში ამ ექსპერიმენტს არ აქვს კონკრეტული სახელი ინგლისურენოვან წყაროებში მას უწოდებენ Elephant's Toothpaste, რომელიც თავისუფლად თარგმნილ ჟღერს; სპილოს კბილის პასტა.

ექსპერიმენტისთვის საჭიროა 30-50% წყალბადის ზეჟანგი (პერჰიდროლი), ცოტა თხევადი სარეცხი საშუალება (რომელიც უამრავ სტაბილურ ქაფს იძლევა) და წყალბადის ზეჟანგის დაშლის კატალიზატორი. პეროქსიდის კატალიზატორთან შეხებისას აქტიურად გამოიყოფა ჟანგბადი და თხევადი საპნის არსებობის გამო წარმოიქმნება ბევრი ქაფი (მოკლე დროით). ნარევს ხშირად უმატებენ საღებავებს, რომლებიც აფერადებენ ქაფს სხვადასხვა ფერში. ქაფის ნაკადი, რომელიც იფეთქება კოლბის ან ცილინდრის ღიობიდან, ხშირად ნამდვილად წააგავს „სპილოს კბილის პასტას“.

წყალბადის ზეჟანგის დაშლის კატალიზატორად შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვადასხვა ნივთიერებები და ნარევები, მაგალითად: სპილენძის ამიაკი, კალიუმის იოდიდი და თუნდაც საფუარის სუსპენზია.

მე წარსულში უკვე ჩავატარე ეს ექსპერიმენტი, მაგრამ არ შევაწუხე ჩემი ძველი ჩანაწერების დათვალიერება და შედეგად, პირველი ექსპერიმენტი არ გამომივიდა. ავიღე 7,5 გრ სპილენძის სულფატი, დავამატე 30 მლ კონცენტრირებული ამიაკის ხსნარი და კარგად ავურიე. ხსნარი ჩაასხით ლიტრიან კოლბაში, დაუმატეს 50 მლ Gala თხევადი ჭურჭლის სარეცხი საშუალება და 80 მლ დისტილატი და კვლავ აურიეთ. კოლბაში ჩავასხი მაცივრიდან ამოღებული 100 მლ პერჰიდროლი. უფრო სწორად, მე ვცადე მისი დაღვრა: დაიწყო ძალადობრივი რეაქცია, რის შედეგადაც დრო არ მქონდა პერჰიდროლის დაახლოებით 1/3-ის დამატება. მოხდა პეროქსიდის სწრაფი დაშლა, მაგრამ ექსპერიმენტი ამაზრზენი აღმოჩნდა: ცოტა ქაფი იყო.

მერე ძველ ჩანაწერებს გადავხედე. აღმოჩნდა, რომ ბოლო დროს მე მივიღე სრულიად განსხვავებული რაოდენობით ნივთიერებები:

„300 მლ კონუსურ კოლბაში ჩაასხით 10-20 მლ თხევადი ჭურჭლის სარეცხი საშუალება Gala (ან ნებისმიერი მსგავსი სარეცხი საშუალება), სხვა კოლბაში 3-4 გ სპილენძის სულფატი გახსენით ძლიერ ამიაკის ხსნარში (დაამატეთ ამიაკი სპილენძამდე. სულფატი მთლიანად დაიშლება ცისფერი სპილენძის (II) ამიაკი:

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

ჩაასხით სპილენძის ამიაკის ხსნარი სარეცხი საშუალების კოლბაში და კარგად აურიეთ. დადეთ კოლბა მაგიდაზე და სწრაფად დაუმატეთ 50-100 მლ 30-50%-იანი წყალბადის ზეჟანგის ხსნარი. იქნება გაზის ძლიერი გამოშვება. კოლბიდან ქაფის შადრევანი ამოიფრქვევა. კოლბის ირგვლივ მთელი სივრცე რამდენიმე წამში შეივსება დიდი ქაფით. ორთქლი ამოვა ქაფიდან - წყალბადის ზეჟანგის დაშლის რეაქცია მიმდინარეობს სითბოს გამოყოფით. ჩვენს ექსპერიმენტებში მიღებული ქაფის სიმაღლე და სიგანე იყო დაახლოებით 60 სმ“.

სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ნაკლები სპილენძის ამიაკი და თხევადი საპონი უნდა მიეღო.

მეორე ექსპერიმენტისთვის ავიღე 300 მლ კონუსური კოლბა, 2 გ სპილენძის სულფატი, რომელსაც დავამატე 20%-იანი ამიაკის კონცენტრირებული ხსნარი. სპილენძის სულფატის გახსნის შემდეგ დაამატეთ 20 მლ გალა თხევადი ჭურჭლის სარეცხი საშუალება და აურიეთ. ავიღე 70 მლ წყალბადის ზეჟანგი, მაგრამ მოვახერხე მხოლოდ 50 მლ-ის დამატება - დაიწყო აქტიური ქაფის წარმოქმნა.

კოლბიდან გამოსული ქაფი ნამდვილად წააგავდა კბილის პასტას, რომელიც გამოწურეს მილიდან. სპილენძის ამიაკის წყალობით, ქაფის გასწვრივ ლურჯი ფერის ზოლები იჭიმება. ექსპერიმენტი კარგად გამოვიდა, მაგრამ დაშლა ნელი იყო და 2,5 წუთზე მეტს დასჭირდა.

გამახსენდა, რომ ჩავატარე სტატიაში აღწერილი ექსპერიმენტი