Катализатор әсерінен сутегі асқын тотығының ыдырауы. Газометриялық әдіспен катализатордың қатысуымен сутегі асқын тотығының ыдырау реакциясының жылдамдығын зерттеу. В. Қара қорғасын сульфиді және сутегі асқын тотығы
Таза сутегі асқын тотығын алған 19 ғасырдағы көптеген зерттеушілер бұл қосылыстың қауіптілігін атап өтті. Сонымен, олар ажыратпақ болған кезде Н
2 O 2 судан диэтил эфирі бар сұйылтылған ерітінділерден экстракциялау, содан кейін ұшпа эфирді айдау арқылы алынған зат кейде ешбір себепсіз жарылып кетеді. Осы тәжірибелердің бірінде неміс химигі Ю.В.Бруль сусыз Н 2 O 2 , ол озон иісін сезінді және балқытылмаған шыны таяқшаны ұстағанда жарылып кетті. Н-ның аз мөлшеріне қарамастан 2 O 2 (барлығы 12 мл) жарылыс күшті болғаны сонша, ол үстелдің тақтайшасын дөңгелек тесікпен тесіп, оның тартпасының ішіндегісін, сонымен қатар үстелде және жақын жерде тұрған бөтелкелер мен құралдарды қиратты.Физикалық қасиеттері. Таза сутегі асқын тотығы Н-ның таныс 3% ерітіндісінен өте ерекшеленеді 2 O 2 , ол үйдегі дәрі-дәрмек шкафында. Біріншіден, ол судан бір жарым есе дерлік ауыр (20°С тығыздығы 1,45 г/см. 3). H2O2 қатып қалады минус 0,41 ° C судың қату нүктесінен сәл төмен температурада, бірақ егер сіз таза сұйықтықты тез суытып алсаңыз, ол әдетте қатып қалмайды, бірақ мөлдір шыны тәрізді массаға айналады. Шешімдер H 2 O 2 әлдеқайда төмен температурада мұздатады: 30% ерітінді минус 30°С және 60% ерітінді минус 53°С. Қайнайды H 2 O 2 қарапайым судан жоғары температурада, 150,2 ° C. Ылғалданған шыны Н 2 O 2 судан да нашар және бұл сулы ерітінділерді баяу айдау кезінде қызықты құбылысқа әкеледі: су ерітіндіден тазартылған кезде, ол әдеттегідей тоңазытқыштан қабылдағышқа тамшы түрінде ағып кетеді; қай кезде айдай бастайды 2 O 2 , сұйықтық тоңазытқыштан үздіксіз жұқа ағын түрінде шығады. Теріде таза сутегі асқын тотығы және оның концентрацияланған ерітінділері ақ дақтар қалдырады және қатты химиялық күйікке байланысты жану сезімін тудырады.Сутегі асқын тотығын өндіруге арналған мақалада Тенар бұл затты сироппен өте сәтті салыстырмады, мүмкін ол таза H
2 O 2 , қант шәрбаты сияқты жарықты қатты сындырады. Шынында да, сусыз Н-ның сыну көрсеткіші 2 O 2 (1,41) судан (1,33) әлдеқайда көп. Дегенмен, қате түсіндірмеу нәтижесінде, немесе француз тілінен нашар аударма болғандықтан, барлық дерлік оқулықтар әлі күнге дейін таза сутегі асқын тотығы «қою, сироп тәрізді сұйықтық» деп жазады және олар мұны тіпті сутегі байланыстарының пайда болуымен теориялық түрде түсіндіреді. Бірақ су да сутектік байланыстар түзеді. Шын мәнінде, N тұтқырлығы 2 O 2 сәл салқындатылған (шамамен 13 ° C) сумен бірдей, бірақ салқын су сироп сияқты қою деп айтуға болмайды.Ыдырау реакциясы. Таза сутегі асқын тотығы өте қауіпті зат, өйткені белгілі бір жағдайларда оның жарылғыш ыдырауы мүмкін: H 2 O 2 ® H 2 O + 1/2 O 2 моль H үшін 98 кДж бөледі 2 O 2 (34 г). Бұл өте үлкен энергия: сутегі мен хлор қоспасының жарылысы кезінде 1 моль HCl түзілгенде бөлінетін энергиядан көп; бұл реакцияда түзілген судан 2,5 есе көп суды толығымен буландыру жеткілікті. Н-ның концентрлі сулы ерітінділері де қауіпті 2 O 2 , олардың қатысуымен көптеген органикалық қосылыстар өздігінен оңай тұтанады және соқтығысқанда мұндай қоспалар жарылуы мүмкін. Концентрлі ерітінділерді сақтау үшін әсіресе таза алюминийден жасалған ыдыстарды немесе балауызбен қапталған шыны ыдыстарды пайдаланыңыз.Көбінесе сіз аз концентрацияланған 30% H ерітіндісін кездестіресіз
2 O 2 , ол пергидрол деп аталады, бірақ мұндай ерітінді де қауіпті: ол теріде күйік тудырады (ол әрекет еткенде бояғыш заттардың түсінің өзгеруіне байланысты тері бірден ағарады), ал егер қоспалар кірсе, жарылғыш қайнау мүмкін. Ыдырау H 2 O 2 және оның ерітінділері, соның ішінде жарылғыш заттар, көптеген заттармен, мысалы, бұл жағдайда катализатор рөлін атқаратын ауыр металл иондарымен, тіпті шаң бөлшектерінен туындайды. 2 O 2 реакцияның күшті экзотермиялық қасиетімен, процестің тізбектілігімен және Н ыдырауының активтену энергиясының айтарлықтай төмендеуімен түсіндіріледі. 2 O 2 әр түрлі заттардың қатысуымен келесі мәліметтер бойынша бағалауға болады:Каталаза ферменті қанда кездеседі; Осының арқасында фармацевтикалық «сутегі асқын тотығы» кесілген саусақты дезинфекциялау үшін пайдаланылған кезде оттегінің бөлінуінен «қайнайды». Н концентрлі ерітіндісінің ыдырау реакциясы 2 O 2 каталазаны адамдар ғана пайдаланбайды; Дәл осы реакция бомбардир қоңызына ыстық ағын шығару арқылы жаулармен күресуге көмектеседі ( см . ЖАРЫЛУШЫ ЗАТТАР). Басқа фермент пероксидаза басқаша әрекет етеді: ол Н-ны ыдыратпайды 2 O 2 , бірақ оның қатысуымен басқа заттардың сутегі асқын тотығымен тотығуы жүреді.Сутегі асқын тотығының реакцияларына әсер ететін ферменттер жасуша өмірінде маңызды рөл атқарады. Ағзаға энергия өкпеден келетін оттегінің қатысуымен тотығу реакциялары арқылы беріледі. Бұл реакцияларда Н аралық жолмен түзіледі
2 O 2 , бұл жасушаға зиянды, себебі ол әртүрлі биомолекулаларға қайтымсыз зақым келтіреді. Каталаза мен пероксидаза бірге Н-ге түрлендіреді 2 O 2 суға және оттегіге.H ыдырау реакциясы
2 O 2 жиі радикалды тізбек механизмі арқылы жүреді ( см. ТІЗІРЛІ РЕАКЦИЯЛАР), катализатордың рөлі бос радикалдарды бастау болып табылады. Осылайша, Н-ның сулы ерітінділерінің қоспасында 2 O 2 және Fe 2+ (Фентон реагенті деп аталады) Fe ионынан электрон тасымалдау реакциясы жүреді H 2 O 2 молекуласына 2+ Fe ионының түзілуімен 3+ және өте тұрақсыз радикалды анион . , ол бірден OH анионына ыдырайды және бос гидроксил радикалы ОН. ( см. ТЕГІН РАДИКАЛДАР). Радикалды HE. өте белсенді. Егер жүйеде органикалық қосылыстар болса, онда гидроксил радикалдарымен әртүрлі реакциялар мүмкін. Осылайша, ароматты қосылыстар мен гидроксиқышқылдар тотығады (бензол, мысалы, фенолға айналады), қанықпаған қосылыстар қос байланысқа гидроксил топтарын қоса алады: CH. 2 =CHCH 2 OH + 2OH. ® NOCH 2 CH(OH)CH 2 OH және полимерлену реакциясына түсе алады. Сәйкес реагенттер болмаған жағдайда OH. H 2 O 2-мен әрекеттеседі белсенділігі аз радикал HO түзілуімен 2 . , ол Fe иондарын азайтуға қабілетті 2+ каталитикалық циклді жабатын: H 2 O 2 + Fe 2+ ® Fe 3+ + OH . + OH OH. + H 2 O 2 ® H 2 O + HO 2 .HO 2 . + Fe 3+
® Fe 2+ + O 2 + H + ® H 2 O. Белгілі бір жағдайларда H тізбекті ыдырауы 2 O 2 , оның оңайлатылған механизмін диаграмма арқылы көрсетуге болады. + H 2 O 2 ® H 2 O + HO 2 . 2 . +H2O2® H 2 O + O 2 + OH . және т.б.H ыдырау реакциялары
2 O 2 өзгермелі валентті әртүрлі металдардың қатысуымен болады. Күрделі қосылыстармен байланысқан кезде олар көбінесе олардың белсенділігін айтарлықтай арттырады. Мысалы, мыс иондары темір иондарына қарағанда белсенді емес, бірақ аммиак кешендері 2+ байланысады. , олар H тез ыдырауын тудырады 2 O 2 . Mn иондары да осындай әсер етеді 2+ белгілі бір органикалық қосылыстармен комплекстерде байланысады. Осы иондардың қатысуымен реакция тізбегінің ұзындығын өлшеуге болады. Ол үшін алдымен реакция жылдамдығын ерітіндіден оттегінің бөліну жылдамдығымен өлшедік. Содан кейін өте төмен концентрация (шамамен 10 5 моль/л) ингибитор бос радикалдармен тиімді әрекеттесетін және осылайша тізбекті үзетін зат. Оттегінің бөлінуі бірден тоқтады, бірақ шамамен 10 минуттан кейін, барлық ингибитор таусылғаннан кейін, ол бұрынғы қарқынмен қайта қалпына келтірілді. Реакция жылдамдығын және тізбектің аяқталу жылдамдығын біле отырып, тізбектің ұзындығын есептеу оңай, ол 10-ға тең болды. 3 сілтемелер Үлкен тізбек ұзындығы H ыдырауының жоғары тиімділігін анықтайды 2 O 2 жоғары жылдамдықпен бос радикалдарды тудыратын ең тиімді катализаторлардың қатысуымен. Көрсетілген тізбек ұзындығы үшін ыдырау жылдамдығы H 2 O 2 шын мәнінде мың есе артады.Кейде Н-ның айтарлықтай ыдырауы байқалады
2 O 2 тіпті аналитикалық түрде анықталмайтын қоспалардың іздерін тудырады. Осылайша, ең тиімді катализаторлардың бірі металл осмий зольі болып шықты: оның күшті каталитикалық әсері 1:10 сұйылту кезінде де байқалды. 9 , яғни. 1000 тонна суға 1 г Os. Белсенді катализаторлар палладий, платина, иридий, алтын, күміс, сондай-ақ кейбір металдардың қатты оксидтері MnO коллоидты ерітінділері болып табылады. 2, Co 2 O 3, PbO 2 өздері өзгермейтін т.б. Ыдырау өте жылдам жүруі мүмкін. Сонымен, егер MnO кішкене шымшым болса 2 30% Н ерітіндісі бар пробиркаға тамызыңыз 2 O 2 , пробиркадан сұйық шашыраған бу бағанасы шығады. Неғұрлым концентрацияланған ерітінділермен жарылыс пайда болады. Платина бетінде ыдырау тыныш жүреді. Бұл жағдайда реакция жылдамдығына беттің күйі қатты әсер етеді. 19 ғасырдың аяғында неміс химигі Вальтер Спринг жүргізді. мұндай тәжірибе. Мұқият тазартылған және жылтыратылған платина шыныаяқта 38% Н ерітіндісінің ыдырау реакциясы 2 O 2 60° C дейін қыздырғанда да кетпеді. Егер сіз шыныаяқтың түбіне инемен айтарлықтай сызат түсірсеңіз, онда қазірдің өзінде суық (12° C) ерітінді сызат орнында оттегі көпіршіктерін шығара бастайды және қыздырылған кезде осы жерде ыдырау айтарлықтай күшейеді. Егер мұндай ерітіндіге өте үлкен беті бар губка тәрізді платина енгізілсе, онда жарылғыш ыдырау мүмкін.H. тез ыдырауы
2 O 2 катализаторды қоспас бұрын ерітіндіге беттік-белсенді зат (сабын, сусабын) қосылса, тиімді дәрістік эксперимент үшін пайдалануға болады. Бөлінген оттегі «піл тіс пастасы» деп аталатын бай ақ көбік жасайды.Кейбір катализаторлар Н-ның тізбексіз ыдырауын бастайды
2 O 2, мысалы: H 2 O 2 + 2I + 2H + ® 2H 2 O + I 2 ® 2I + 2H + + O 2. Тізбексіз реакция Fe иондарының тотығуы кезінде де жүреді 2+ қышқыл ерітінділерде: 2FeSO 4 + H 2 O 2 + H 2 SO 4 ® Fe 2 (SO 4) 3 + 2H 2 O. Су ерітінділерінде әрдайым дерлік әртүрлі катализаторлардың іздері болатындықтан (әйнектегі металл иондары да ыдырауды катализдей алады), H ерітінділері 2 O 2 , тіпті сұйылтылған болса да, ұзақ сақтау кезінде металл иондарын байланыстыратын ингибиторлар мен тұрақтандырғыштар қосылады. Бұл жағдайда ерітінділер аздап қышқылданады, өйткені шыныға таза судың әсерінен әлсіз сілтілі ерітінді пайда болады, бұл Н-ның ыдырауына ықпал етеді. 2 O 2. Н-ның ыдырауының барлық осы ерекшеліктері 2 O 2 қарама-қайшылықты шешуге мүмкіндік береді. Таза H алу үшін 2 O 2 төмендетілген қысыммен дистилляцияны жүргізу қажет, өйткені зат 70 ° C-тан жоғары қыздырғанда және тіпті өте баяу болса да, бөлме температурасында ыдырайды (Химиялық энциклопедияда жылына 0,5% жылдамдықпен). Бұл жағдайда сол энциклопедияда кездесетін 150,2°С атмосфералық қысымдағы қайнау температурасы қалай алынды? Әдетте мұндай жағдайларда физика-химиялық заң қолданылады: сұйықтың бу қысымының логарифмі кері температураға (Кельвин шкаласы бойынша) сызықты түрде тәуелді, сондықтан егер сіз бу қысымын Н дәл өлшесеңіз. 2 O 2 бірнеше (төмен) температурада бұл қысым қандай температурада 760 мм сын. бағ-ға жететінін есептеу оңай. Және бұл қалыпты жағдайда қайнау температурасы.Теориялық тұрғыдан OH радикалдары
. әлсіз ОО байланысының үзілуі нәтижесінде инициаторлар болмаған кезде де пайда болуы мүмкін, бірақ бұл үшін жеткілікті жоғары температура қажет. Н молекуласындағы бұл байланысты үзу энергиясының салыстырмалы түрде төмен болуына қарамастан 2 O 2 (ол 214 кДж/мольге тең, бұл су молекуласындағы HOH байланысынан 2,3 есе аз), OO байланысы сутегі асқын тотығының бөлме температурасында абсолютті тұрақты болуы үшін әлі де жеткілікті күшті. Тіпті қайнау температурасында (150 ° C) ол өте баяу ыдырауы керек. Есептеу көрсеткендей, қашанБұл температурада 0,5% ыдырау, тіпті тізбектің ұзындығы 1000 буын болса да, өте баяу жүруі керек. Есептеулер мен тәжірибелік деректер арасындағы сәйкессіздік сұйықтықтағы және реакциялық ыдыстың қабырғаларындағы ең аз қоспалардан туындаған каталитикалық ыдыраумен түсіндіріледі. Сондықтан H ыдырауының белсендіру энергиясы көптеген авторлармен өлшенеді 2 O 2 «катализатор болмаған жағдайда да» әрқашан 214 кДж/мольден айтарлықтай төмен. Шындығында, ыдырау катализаторы ерітіндідегі елеусіз қоспалар түрінде де, ыдыстың қабырғалары түрінде де әрқашан болады, сондықтан сусыз Н қыздыру. 2 O 2 атмосфералық қысымда қайнау бірнеше рет жарылыстарды тудырды.Кейбір жағдайларда H. ыдырауы
2 O 2 өте әдеттен тыс пайда болады, мысалы, Н ерітіндісін қыздырсаңыз 2 O 2 калий йодаты KIO қатысуымен 3 , содан кейін реагенттердің белгілі концентрацияларында тербелмелі реакция байқалады, оттегінің бөлінуі мезгіл-мезгіл тоқтатылады, содан кейін 40-тан 800 секундқа дейінгі кезеңмен қайта басталады.H химиялық қасиеттері 2 O 2. Сутегі асқын тотығы қышқыл, бірақ өте әлсіз. Диссоциация константасы Н 2 O 2 H + + HO 2 25°С температурада 2,4 10 тең 12 , бұл Н-ге қарағанда 5 ретке аз 2 S. Орташа тұздар H 2 O 2 сілтілі және сілтілі жер металдары әдетте пероксидтер деп аталады ( см. ПЕРОКСИДТЕР). Суда ерігенде олар толығымен дерлік гидролизденеді: Na 2 O 2 + 2H 2 O ® 2NaOH + H 2 O 2 . Гидролиз ерітінділердің қышқылдануы арқылы жүреді. H қышқылы сияқты 2 O 2 сонымен қатар қышқыл тұздарын түзеді, мысалы, Ba(H2O 2) 2, NaH2O 2 т.б. Қышқыл тұздары гидролизге аз сезімтал, бірақ қыздырғанда оңай ыдырайды, оттегі бөлінеді: 2NaH2O 2 ® 2NaOH + O 2 . Н. жағдайындағыдай сілті босатылды 2 O 2 , ыдырауға ықпал етеді.Шешімдер H
2 O 2 , әсіресе концентрлілері күшті тотықтырғыш әсерге ие. Осылайша, Н-ның 65% ерітіндісінің әсерінен 2 O 2 қағазда, үгінділерде және басқа да жанғыш заттарда олар тұтанады. Аз концентрацияланған ерітінділер индиго сияқты көптеген органикалық қосылыстарды түссіздендіреді. Формальдегидтің тотығуы әдеттен тыс жүреді: H 2 O 2 суға емес (әдеттегідей), бос сутегіге тотықсызданады: 2HCHO + H 2 O 2 ® 2НСООН + Н 2 . Егер сіз H 30% ерітіндісін алсаңыз 2 O 2 және 40% HCHO ерітіндісі, содан кейін аздап қыздырғаннан кейін күшті реакция басталады, сұйықтық қайнайды және көбіктенеді. Н-ның сұйылтылған ерітінділерінің тотығу әсері 2 O 2 қышқыл ортада айқын көрінеді, мысалы, Н 2 O 2 + H 2 C 2 O 4 ® 2H 2 O + 2CO 2 , бірақ тотығу сілтілі ортада да мүмкін:Na + H 2 O 2 + NaOH® Na 2; 2K 3 + 3H 2 O 2® 2KCrO 4 + 2KOH + 8H 2 O. Қара қорғасын сульфидінің ақ сульфатқа дейін тотығуы PbS+ 4H 2 O 2 ® PbSO 4 + 4H 2 O ескі суреттердегі түссіз қорғасын ақ қалпына келтіру үшін пайдаланылуы мүмкін. Жарықтың әсерінен тұз қышқылының тотығуы жүреді: H 2 O 2 + 2HCl ® 2H 2 O + Cl 2. H 2 O 2 қосу қышқылдарға олардың металдарға әсерін айтарлықтай арттырады. Осылайша, Н қоспасында 2 O 2 және Н сұйылтыңыз 2 SO 4 мыс, күміс және сынап ериді; қышқыл ортада йод периодты HIO қышқылына дейін тотығады 3 , күкірт диоксиді күкірт қышқылына және т.б.Әдеттегідей, шарап қышқылының калий натрий тұзының (Рошель тұзы) тотығуы катализатор ретінде кобальт хлоридінің қатысуымен жүреді. Реакция кезінде KOOC(CHOH)
2 COONa + 5H 2 O 2 ® KHCO 3 + NaHCO 3 + 6H 2 O + 2CO 2қызғылт CoCl 2 тартратпен күрделі қосылыс, шарап қышқылы анионының түзілуіне байланысты түсін жасылға өзгертеді. Реакция жүріп жатқанда және тартрат тотыққанда комплекс жойылып, катализатор қайтадан қызғылт түске боялады. Кобальт хлоридінің орнына катализатор ретінде мыс сульфаты пайдаланылса, бастапқы реагенттердің қатынасына байланысты аралық қосылыс сарғыш немесе жасыл түсті болады. Реакция аяқталғаннан кейін мыс сульфатының көк түсі қалпына келеді.Сутегі асқын тотығы күшті тотықтырғыштар, сондай-ақ оттегін оңай бөлетін заттардың қатысуымен мүлдем басқаша әрекет етеді. Мұндай жағдайларда Н
2 O 2 оттегінің бір мезгілде бөлінуімен қалпына келтіретін агент ретінде де әрекет ете алады (Н-ның қалпына келтіретін ыдырауы деп аталады). 2 O 2 ), мысалы: 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 . Соңғы реакция қызық, өйткені ол қызғылт сары флуоресценция шығаратын қозған оттегі молекулаларын шығарады ( см. ХЛОР БЕЛСЕНДІ). Сол сияқты алтын тұздарының ерітінділерінен металдық алтын бөлінеді, сынап оксидінен металдық сынап, т.б. Мұндай ерекше қасиет 2 O 2 мысалы, калий гексацианоферратының (II) тотығуын жүзеге асыруға, содан кейін шарттарды өзгерту арқылы сол реагенттің көмегімен реакция өнімін бастапқы қосылысқа дейін қалпына келтіруге мүмкіндік береді. Бірінші реакция қышқыл ортада, екіншісі сілтілі ортада жүреді: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.(«Қос таңба» Н 2 O 2 бір химия мұғалімі сутегі асқын тотығын атақты ағылшын жазушысы Стивенсонның әңгімесінің кейіпкерімен салыстыруға мүмкіндік берді. Доктор Джекил мен Хайд мырзаның таңғаларлық оқиғасы, ол ойлап тапқан композицияның әсерінен ол өзінің мінезін күрт өзгерте алды, құрметті джентльменнен қанішер маньякке айналды.)H 2 O 2 алу. H 2 O 2 молекулалары әртүрлі қосылыстардың жануы және тотығуы кезінде әрқашан аз мөлшерде алынады. Жану кезінде Х 2 O 2 аралық гидропероксид радикалдарымен бастапқы қосылыстардан сутегі атомдарын алу арқылы түзіледі, мысалы: H2O 2 . + CH 4 ® H 2 O 2 + CH 3 . , немесе белсенді бос радикалдардың рекомбинациясының нәтижесінде: 2ОН. ® Н 2 О 2 , Н . + БІРАҚ 2 . ® H 2 O 2 . Мысалы, егер оттегі-сутегі жалыны мұздың бір бөлігіне бағытталса, еріген суда H-ның айтарлықтай мөлшері болады. 2 O 2 , бос радикалдардың рекомбинациясы нәтижесінде түзілген (Н молекуласының жалынында 2 O 2 бірден ыдырайды). Ұқсас нәтиже басқа газдар жанғанда алынады. Білім Н 2 O 2 әртүрлі тотығу-тотықсыздану процестерінің нәтижесінде төмен температурада да пайда болуы мүмкін.Өнеркәсіпте барий асқын тотығынан Тенара әдісімен сутегі асқын тотығы бұрыннан бері өндірілмейді, бірақ қазіргі заманғы әдістер қолданылады. Солардың бірі – күкірт қышқылы ерітінділерінің электролизі. Бұл жағдайда анодта сульфат иондары персульфат иондарына дейін тотығады: 2SO
4 2 2e ® S 2 O 8 2 . Содан кейін күкірт қышқылы гидролизденеді: H 2 S 2 O 8 + 2H 2 O ® H 2 O 2 + 2H 2 SO 4. Катодта әдеттегідей сутегі эволюциясы жүреді, сондықтан жалпы реакция 2Н теңдеуімен сипатталады. 2 O ® H 2 O 2 + H 2 . Бірақ негізгі заманауи әдіс (әлемдік өндірістің 80% -дан астамы) кейбір органикалық қосылыстарды, мысалы, этилантрагидрохинонды, органикалық еріткіште атмосфералық оттегімен тотығу, ал H2 антрагидрохиноннан түзіледі. 2 O 2 және сәйкес антрахинон, содан кейін катализатордағы сутегімен қайтадан антрагидрохинонға дейін тотықсызданады. Сутегі асқын тотығы қоспадан сумен жойылады және дистилляция арқылы концентрленеді. Ұқсас реакция изопропил спиртін қолданғанда болады (ол гидропероксидтің аралық түзілуімен жүреді): (CH 3) 2 CHOH + O 2 ® (CH 3) 2 C(UN) OH ® (CH 3) 2 CO + H 2 O 2 . Қажет болса, алынған ацетонды изопропил спиртіне дейін де азайтуға болады.H 2 O 2 қолдану. Сутегі асқын тотығы кеңінен қолданылады және оның әлемдік өндірісі жылына жүздеген мың тоннаны құрайды. Бейорганикалық пероксидтер алу үшін, зымыран отындары үшін тотықтырғыш ретінде, органикалық синтездерде, майларды, майларды, маталарды, қағазды ағарту үшін, жартылай өткізгіш материалдарды тазарту үшін, кендерден бағалы металдарды алу үшін (мысалы, уранды оның ерімейтін түрін айналдыру арқылы) қолданады. ерігішке), сарқынды суларды тазарту үшін. Медицинада ерітінділер Н 2 O 2 шырышты қабықтың қабыну ауруларында (стоматит, ангина) шаю және майлау үшін, іріңді жараларды емдеу үшін қолданылады. Контактілі линзалар қаптамаларында кейде платина катализаторының өте аз мөлшері болады. Дезинфекциялау үшін линзалар 3% Н ерітіндісімен қарындаш қорапшасына толтырылады 2 O 2 , бірақ бұл шешім көзге зиянды болғандықтан, қарындаш қорапшасы біраз уақыттан кейін аударылады. Бұл жағдайда қақпақтағы катализатор Н тез ыдырайды 2 O 2 таза су мен оттегі үшін.Бір кездері шашты «пероксидпен» ағарту сәнді болды;
Белгілі бір тұздар болған кезде сутегі асқын тотығы тасымалдауға және пайдалануға ыңғайлы қатты «концентрат» түрін құрайды. Сонымен, егер сіз натрий боратының (борактың) өте салқындатылған қаныққан ерітіндісіне H қоссаңыз.
2 O 2 қатысуымен натрий пероксобораты Na ірі мөлдір кристалдары 2 [(BO 2) 2 (OH) 4 ]. Бұл зат маталарды ағарту үшін және жуғыш заттардың құрамдас бөлігі ретінде кеңінен қолданылады. Молекулалар H 2 O 2 , су молекулалары сияқты, тұздардың кристалдық құрылымына еніп, кристалды гидраттардың пероксигидраттары сияқты нәрсені түзе алады, мысалы, К. 2 CO 3 3H 2 O 2, Na 2 CO 3 1,5H 2 О; соңғы қосылыс әдетте «persol» ретінде белгілі.«Гидроперит» деп аталатын CO(NH
2) 2 H 2 O 2 Н молекулалары қосылған клатрат қосылысы болып табылады 2 O 2 мочевина кристалдық торының бос жерлеріне.Аналитикалық химияда кейбір металдарды анықтау үшін сутегі асқын тотығын пайдалануға болады. Мысалы, сутегі асқын тотығын титан(IV) тұзының титанилсульфатының ерітіндісіне қосса, ерітінді пертитан қышқылының түзілуіне байланысты ашық сарғыш болады:
TiOSO 4 + H 2 SO 4 + H 2 O 2 ® H 2 + H 2 O.Түссіз молибдат ионы MoO 4 2 H 2 O 2 арқылы тотығады қарқынды сарғыш түсті пероксид анионына айналады. Н қатысуымен калий бихроматының қышқылдандырылған ерітіндісі 2 O 2 перхром қышқылын түзеді: К2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 + 5H 2 O 2® H 2 Cr 2 O 12 + K 2 SO 4 + 5H 2О, тез ыдырайды: H 2 Cr 2 O 12 + 3H 2 SO 4 ® Cr 2 (SO 4) 3 + 4H 2 O + 4O 2. Осы екі теңдеуді қоссақ, калий бихроматының сутегі асқын тотығымен тотықсыздану реакциясын аламыз: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.Перхром қышқылын сулы ерітіндіден эфирмен алуға болады (ол эфир ерітіндісінде суға қарағанда әлдеқайда тұрақты). Эфир қабаты қарқынды көк түске боялады.Илья Линсон
ӘДЕБИЕТ Долгоплоск Б.А., Тинякова Е.И. Бос радикалдардың түзілуі және олардың реакциялары. М., Химия, 1982 жСутегі асқын тотығының химиясы және технологиясы. Л., Химия, 1984 ж
О.С.ЗАЙЦЕВ
ХИМИЯ КІТАП
ОРТА МЕКТЕП МҰҒАЛІМДЕРІНЕ,
ПЕДАГОГИКАЛЫҚ УНИВЕРСИТЕТТЕРДІҢ СТУДЕНТТЕРІ МЕН 9-10 СЫНЫП ОҚУШЫЛАРЫ,
КІМ ӨЗІН ХИМИЯ ЖӘНЕ ЖАРАТЫЛЫСТАНУҒА АРНАЛУДЫ ШЕШІМДІ
ОҚУЛЫҚ ТАПСЫРМА ЛАБОРАТОРИЯ ОҚУҒА АРНАЛҒАН ПРАКТИКАЛЫҚ ҒЫЛЫМИ ӘҢГІМЕЛЕР
Жалғасы. № 4–14, 16–28, 30–34, 37–44, 47, 48/2002 қараңыз;
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 Тотығу-тотықсыздану реакциялары
(жалғасы)
ТАПСЫРМАЛАР МЕН СҰРАҚТАР
1. Стехиометриялық коэффициенттерді таңдаудың электронды-иондық әдісін қолдана отырып, келесі схемалар бойынша жүретін тотығу-тотықсыздану реакцияларының теңдеулерін құрастырыңыз (су формуласы көрсетілмеген):
Қосылыстар құрамында органикалық заттар бар екенін ескеріңіз! Тотығу дәрежелерін немесе валенттіліктерді пайдаланып коэффициенттерді табуға тырысыңыз.
2.
Кез келген екі электродтық реакция теңдеулерін таңдаңыз:
Электродтық процестердің екі жазылған теңдеуінен бір жиынтық теңдеу құрастырыңыз. Тотықтырғыш пен тотықсыздандырғышты атаңыз. Реакцияның ЭҚК-ін есептеңіз, оның Гжәне тепе-теңдік константасы. Осы реакцияның тепе-теңдік ығысуының бағыты туралы қорытынды жасаңыз.
Егер сіз не істеу керектігін ұмытып қалсаңыз, жоғарыда айтылғандарды есте сақтаңыз. Осы тізімнен кез келген екі теңдеуді жазасыз. Олардың электродтық потенциалдарының мәндерін қараңыз және теңдеулердің бірін қарама-қарсы бағытта қайта жазыңыз. Қайсысы, неге және неге?Берілген және қабылданған электрондардың саны тең болуы керек екенін есте сақтаңыз, коэффициенттерді белгілі бір санға көбейтіңіз (қайсы?)және екі теңдеуді де қос. Электродтық потенциалдар да қорытындыланады, бірақ сіз оларды процеске қатысатын электрондар санына көбейтпейсіз. Оң ЭҚК мәні реакцияның мүмкіндігін көрсетеді. Есептеу үшін Гжәне тепе-теңдік тұрақтылары үшін есептеген ЭҚК мәнін бұрын алынған формулаларға ауыстырыңыз.
3. Калий перманганатының судағы ерітіндісі тұрақты ма? Сұрақты басқаша тұжырымдауға болады: перманганат ионы сумен әрекеттесіп, оттегі түзе ме, егер
4. Сулы ерітіндідегі ауа оттегімен тотығу мына теңдеумен сипатталады:
O 2 + 4H + + 4 e= 2H 2 O, Е= 0,82 В.
2-тапсырмадағы кез келген теңдеудің оң жағында жазылған заттарды ауа оттегімен тотықтыруға болатынын анықтаңыз, осы теңдеулердің оң жағында қалпына келтіргіштер жазылған. Мұғалім сізге теңдеу нөмірін айтып береді.
Бұл тапсырманы орындау қиын болуы мүмкін. Міне, сіздің кейіпкеріңіздің басты кемшілігі - сізге тапсырма мүмкін емес сияқты көрінеді және сізде барлық қажетті білім болғанымен, оны шешуге тырысудан бірден бас тартасыз. Бұл жағдайда сіз оттегі мен сутегі иондары арасындағы реакция теңдеуін және сізді қызықтыратын теңдеуді жазуыңыз керек. Қай реакцияның электрондарды беру қабілеті жоғары екенін қараңыз (оның потенциалы теріс немесе аз оң болуы керек), оның теңдеуін қарама-қарсы бағытта қайта жазыңыз, электродтық потенциалдың белгісін өзгертіңіз және басқа теңдеумен қосыңыз. Оң EMF мәні реакция мүмкіндігін көрсетеді.
5.
Перманганат ионы мен сутегі асқын тотығы H 2 O 2 арасындағы реакция теңдеуін жазыңыз. Реакция нәтижесінде Mn 2+ және O 2 түзіледі. Сіз қандай мүмкіндік алдыңыз?
Мен келесі теңдеумен келдім:
7H 2 O 2 + 2 + 6H + = 2Mn 2+ + 6O 2 + 10H 2 O.
Қатені мен қателескенімді табыңыз немесе сіздің коэффициенттеріңіз неге әртүрлі екенін түсіндіріңіз. Бұл тапсырма сіздің интеллектіңізді және химияның басқа бөлімдеріндегі материалды білуіңізді тексеруге арналған.
Қышқыл ерітіндідегі (күкірт қышқылы) перманганат ионының сутегі асқын тотығымен реакциясын әртүрлі коэффициенттері бар бірнеше теңдеумен көрсетуге болады, мысалы:
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.
Мұның себебін көрсетіңіз және перманганат ионының сутегі асқын тотығымен реакциясының кем дегенде тағы бір теңдеуін жазыңыз.
Егер сіз осындай оғаш құбылыстың себебін түсіндіре алсаңыз, келесі теңдеулерді жазу мүмкіндігінің себебін түсіндіріңіз:
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.
Осы екі теңдеу бойынша реакциялар жүруі мүмкін бе?
Жауап.Перманганат иондарының сутегі асқын тотығымен реакциясы сутегі асқын тотығының ыдырауының параллельді реакциясына қойылады:
2H 2 O 2 = O 2 + 2H 2 O.
Бұл теңдеудің шексіз үлкен саны бар негізгі реакция теңдеуін қосып, әртүрлі стехиометриялық коэффициенттері бар көптеген теңдеулерді алуға болады.
6. Бұл тапсырма эссе немесе баяндама тақырыбы ретінде қызмет ете алады.
Fe 3+ иондарының сулы ерітіндідегі сутегі асқын тотығымен тотықсыздану реакциясының мүмкіндігін талқылаңыз:
2Fe 3+ + H 2 O 2 = 2Fe 2+ + O 2 + 2H +.
Реакцияның ЭҚК-ін есептеңіз, оның Гжәне стандартты электродтық потенциалдарды пайдаланатын тепе-теңдік константасы:
Реакция жылдамдығының компоненттер концентрациясына тәуелділігін зерттеу Fe 3+ немесе H 2 O 2 жеке концентрациясын екі есе арттырғанда, реакция жылдамдығы екі есе өсетінін көрсетті. Реакцияның кинетикалық теңдеуі қандай? Fe 3+ немесе H 2 O 2 концентрациясы үш есе артқанда реакция жылдамдығы қалай өзгеретінін анықтаңыз. Ерітіндіні екі немесе он рет сумен сұйылтқанда реакция жылдамдығы қалай өзгеретінін болжаңыз.
Келесі реакция механизмі ұсынылды:
H 2 O 2 = H + H + (жылдам),
Fe 3+ + H = Fe 2+ + HO 2 (баяу),
Fe 3+ + HO 2 = Fe 2+ + H + + O 2 (жылдам).
Бұл механизм жоғарыда қарастырылған жылдамдықтың әрекеттесуші заттардың концентрацияларына тәуелділігіне қайшы келмейтінін дәлелдеңіз. Қандай кезең шектейді? Оның молекулалығы қандай және оның реті қандай? Реакцияның жалпы реті қандай? H және HO 2 сияқты күрделі иондар мен молекулалардың бар екенін және әрбір реакция екі немесе тіпті үш бөлшекті түзетінін ескеріңіз. (Неге бір бөлшектің түзілу кезеңдері жоқ?)
7. Орыс тіліне аударыңыз.
Реакцияның маңызды түрі тотығу-тотықсыздану немесе тотығу-тотықсыздану реакциясы деп те аталатын электронды тасымалдау реакциясы болып табылады. Мұндай реакцияда бір немесе бірнеше электрон бір атомнан екінші атомға ауысатын сияқты. Тотығу - бұл бастапқыда оттегі газымен қосылыс дегенді білдіретін сөз, бірақ көптеген басқа реакциялар оттегімен реакцияларға ұқсайтыны сонша, бұл термин ақырында зат немесе түр электрондарын жоғалтатын кез келген реакцияға қатысты кеңейтілді. Тотықсыздану - бұл электрондардың пайда болуы. Бұл термин металлургиялық терминологиядан шыққан сияқты: кенді оның металына дейін қалпына келтіру. Тотықсыздану тотығуға қарама-қарсы құбылыс. Тотықсыздану онымен қосарланған тотықсызданусыз жүрмейді; яғни электрондарды басқа бір нәрсе алмаса, жоғалту мүмкін емес.
ЛАБОРАТОРИЯЛЫҚ ЗЕРТТЕУ
Сізге ұсынылатын тапсырмалар, бұрынғыдай, қысқаша зерттеу жұмыстары. Тәжірибелер үшін тек химияда ғана емес, экологияда да маңызды реакциялар таңдалды. Барлық эксперименттерді аяқтаудың қажеті жоқ - сізді қызықтыратындарды таңдаңыз. Шағын топтарда (2-3 адам) жұмыс істеген жөн. Бұл эксперимент уақытын қысқартады, қателерді болдырмайды және ең бастысы, ғылыми тілді дамытатын ғылыми қарым-қатынасқа түсуге мүмкіндік береді.
1. Сутегі асқын тотығының тотығу-тотықсыздану қасиеті.
Сутегі асқын тотығы H 2 O 2 күнделікті өмірде, технологияда және суды органикалық ластаушы заттардан тазарту кезінде қолданылатын ең маңызды тотықтырғыш болып табылады. Сутегі асқын тотығы экологиялық таза тотықтырғыш болып табылады, өйткені оның ыдырау өнімдері – оттегі мен су – қоршаған ортаны ластамайды. Биологиялық тотығу-тотықсыздану процестеріндегі сутегі асқын тотығы мен пероксидті органикалық қосылыстардың рөлі белгілі.
Тұрмыстық және оқу мақсаттары үшін сутегі асқын тотығының 3-6% ерітінділері әдетте сумен сұйылту арқылы 30% ерітіндіден дайындалады. Сутегі асқын тотығы сақтау кезінде ыдырайды, оттегін шығарады (тығыз жабық контейнерлерде сақтауға болмайды!). Сутегі асқын тотығының концентрациясы неғұрлым төмен болса, соғұрлым ол тұрақты болады. Ыдырауды баяулату үшін фосфор, салицил қышқылдары және басқа заттарды қосыңыз. Темір, мыс, марганец және фермент каталаза тұздары әсіресе сутегі асқын тотығына күшті әсер етеді.
Сутегі асқын тотығының 3% ерітіндісі медицинада стоматит пен тамақ ауруы кезінде ауызды жуу және шаю үшін қолданылады.
Сутегі асқын тотығының 30% ерітіндісі деп аталады пергидрол. Пергидрол жарылғыш емес. Пергидрол теріге түскенде күйік, жану, қышу және көпіршіктер пайда болады, тері ағарады. Күйіп қалған жерді тез сумен шаю керек. Пергидрол медицинада іріңді жараларды емдеу үшін және стоматит кезінде қызыл иекті емдеу үшін қолданылады. Косметологияда ол бет терісіндегі қартаю дақтарын кетіру үшін қолданылады. Киімдегі сутегі асқын тотығы дақтарын кетіру мүмкін емес. Тоқыма өнеркәсібіндегі сутегі асқын тотығы жүн мен жібекті, сондай-ақ аң терісін ағарту үшін қолданылады.
Сутегі асқын тотығының концентрлі (90–98%) ерітінділерінің өндірісі үнемі өсіп келеді. Мұндай ерітінділер натрий пирофосфаты Na 4 P 2 O 7 қосылған алюминий ыдыстарда сақталады. Концентрлі ерітінділер жарылу қаупімен ыдырауы мүмкін. 700 °C оксид катализаторындағы сутегі асқын тотығының концентрлі ерітіндісі су буы мен оттегіге ыдырайды, ол реактивті қозғалтқыштарда отын үшін тотықтырғыш ретінде қызмет етеді.
Сутегі асқын тотығы тотықтырғыш және қалпына келтіретін қасиеттерді көрсете алады.
Сутегі асқын тотығы үшін тотықтырғыштың рөлі анағұрлым тән:
H 2 O 2 + 2H + + 2 e= 2H 2 O,
мысалы, реакцияда:
2KI + H 2 O 2 + H 2 SO 4 = I 2 + K 2 SO 4 + 2H 2 O.
Тотықсыздандырғыш ретінде сутегі асқын тотығы:
1) қышқыл ортада:
H 2 O 2 – 2 e= O 2 + 2H + ;
2) негізгі (сілтілі) ортада:
H 2 O 2 + 2OH - – 2 e= O 2 + 2H 2 O.
Реакциялардың мысалдары:
1) қышқыл ортада:
2KMnO 4 + 5H 2 O 2 + 3H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 5O 2 + 8H 2 O;
2) негізгі ортада:
2KMnO 4 + H 2 O 2 + 2KOH = 2K 2 MnO 4 + O 2 + 2H 2 O
Сутегі асқын тотығының тотықтырғыш қасиеті қышқыл ортада, ал тотықсыздандырғыш қасиеті сілтілі ортада айқынырақ болады.
1а. Сутегі асқын тотығының ыдырауы.
Пробиркаға 2-3 мл сутегі асқын тотығы ерітіндісін құйып, ерітіндіні су моншасында қыздырады. Газды шығаруды бастау керек. (Қайсысы?)Бұл сіз күткен газ екенін тәжірибе жүзінде дәлелдеңіз.
Марганец диоксиді дәнін сутегі асқын тотығы ерітіндісі бар басқа пробиркаға тамызыңыз. Дәл сол газдың бөлінетінін дәлелдеңдер.
Сутегі асқын тотығының ыдырау теңдеуін және электрондарды қабылдау және босату теңдеулерін бөлек жаз. Бұл тотығу-тотықсыздану реакциясының қандай түріне жатады?
Реакцияның ЭҚК-ін есептеңіз, егер:
Осы екі реакцияның қайсысының электрон беру қабілеті жоғары және оны кері бағытта қайта жазу керек? Реакцияның мәнінен ЭҚК есептеңіз Греакция және тепе-теңдік константасы.
-мен нәтижелерді салыстырыңыз ГЖәне термодинамикалық мәліметтерден алынған тепе-теңдік константасы:
Есептеулеріңіздің нәтижелері бірдей ме? Нәтижелерде кейбір сәйкессіздіктер болса, оның себептерін табуға тырысыңыз.
1б. Сутегі асқын тотығын анықтау.
Күкірт қышқылымен сұйылтылған және қышқылдандырылған калий йодидінің ерітіндісіне (2-3 мл) сутегі асқын тотығы ерітіндісінің бірнеше тамшысын қосыңыз. Ерітінді сары-қоңыр болады. Оған бірнеше тамшы крахмал ерітіндісін қосқанда, қоспаның түсі бірден көк түске боялады. Реакция теңдеуін жаз (түзілген заттарды білесіздер!).
Реакция мүмкін екеніне көз жеткізу үшін реакцияның ЭҚК-ін есептеңіз (қажетті реакцияны таңдаңыз):
1 ғасыр Қара қорғасын сульфиді және сутегі асқын тотығы.
Ескі шеберлер өз суреттерін қорғасын ақ негізінде дайындалған бояулармен бояды, оның құрамына ақ негізгі карбонат 2PbCO 3 Pb(OH) 2 кірді. Уақыт өте келе қорғасынның ақ түсі қара түске боялады, ал оның негізіндегі бояулар күкіртсутектің әсерінен түсін өзгертеді және қара қорғасын сульфиді PbS түзіледі. Егер кескіндеме сутегі асқын тотығының сұйылтылған ерітіндісімен мұқият сүртілген болса, онда қорғасын сульфиді ақ қорғасын сульфатына PbSO 4 айналады және кескіндеме толығымен дерлік өзінің бастапқы көрінісіне оралады.
Пробиркаға 1–2 мл 0,1 М қорғасын нитраты Pb(NO 3) 2 немесе қорғасын ацетаты Pb(CH 3 COO) 2 ерітіндісін құйыңыз. (дәріханаларда қорғасын лосьоны ретінде сатылады). Кішкене күкіртті сутегі немесе натрий сульфиді ерітіндісін құйыңыз. Алынған қара тұнбадан ерітіндіні ағызып, оны сутегі асқын тотығы ерітіндісімен өңдеңіз. Реакция теңдеулерін жаз.
Барлық қорғасын қосылыстары улы!
1 жыл Гидропериттен сутегі асқын тотығы ерітіндісін дайындау.
Егер сіз сутегі асқын тотығының ерітіндісін ала алмасаңыз, онда зертханалық жұмыс үшін таблеткаларды дәріханада сатып алуға болатын гидроперитті қолдануға болады.
Гидроперит – сутегі асқын тотығының мочевина (мочевина) NH 2 CONH 2 H 2 O 2 бар күрделі қосылысы. Суда еріген кезде сутегі асқын тотығы мен мочевина NH 2 CONH 2 ерітіндісі алынады. Антисептик ретінде және шашты бояу кезінде сутегі асқын тотығы ерітіндісінің орнына гидроперит ерітіндісі қолданылады. Ауыз бен тамақты шаю үшін 1 таблетканы стақан суда (0,25% сутегі асқын тотығы ерітіндісі) ерітіңіз. Гидропериттің бір таблеткасының салмағы 1,5 г және 15 мл-ге сәйкес келеді
(1 ас қасық) 3% сутегі асқын тотығы ерітіндісі.
Шамамен 1% сутегі асқын тотығы ерітіндісін алу үшін гидропериттің қанша таблеткасын 100 мл суда еріту керек екенін есептеңіз. Гидропериттің бір таблеткасынан оттегінің қандай көлемін (н.о.) алуға болады?
Гидропериттің бір таблеткасынан қанша миллилитр оттегі алуға болатынын тәжірибе арқылы анықтаңыз. Құрылғының дизайнын ұсыныңыз және оны құрастырыңыз. Бөлінетін оттегінің көлемін қалыпты жағдайға дейін азайтыңыз. Нақтырақ есептеу нәтижелерін алу үшін бөлме температурасында (20 °C) шамамен 2300 Па тең болатын ерітіндінің үстіндегі судың бу қысымын ескеруге болады.
Сутегі асқын тотығы (пероксид) - тығыздығы - температурасында қататын түссіз, сироп тәрізді сұйықтық. Бұл өте нәзік зат, ол су мен оттегіге жарылып, көп мөлшерде жылу бөледі:
Сутегі асқын тотығының сулы ерітінділері тұрақтырақ; салқын жерде оларды ұзақ уақыт сақтауға болады. Пергидрол, сатылымға шығарылатын ерітіндінің құрамына кіреді. Онда, сондай-ақ сутегі асқын тотығының жоғары концентрлі ерітінділері тұрақтандырғыш қоспалардан тұрады.
Сутегі асқын тотығының ыдырауын катализаторлар тездетеді. Егер, мысалы, сутегі асқын тотығы ерітіндісіне аздап марганец диоксиді лақтырсаңыз, күшті реакция пайда болады және оттегі бөлінеді. Сутегі асқын тотығының ыдырауына ықпал ететін катализаторларға мыс, темір, марганец, сонымен қатар осы металдардың иондары жатады. Бұл металдардың іздері ыдырауды тудыруы мүмкін.
Сутегінің жануы кезінде аралық өнім ретінде сутегі асқын тотығы түзіледі, бірақ сутегі жалынының жоғары температурасына байланысты ол бірден суға және оттегіге ыдырайды.
Күріш. 108. Молекула құрылысының схемасы. Бұрыш жақын, бұрыш жақын. Сілтеме ұзындығы: .
Алайда, егер сіз сутегі жалынын мұздың бір бөлігіне бағыттасаңыз, алынған суда сутегі асқын тотығының іздері табылуы мүмкін.
Сутегі асқын тотығы атомдық сутегінің оттегіге әсерінен де түзіледі.
Өнеркәсіпте сутегі асқын тотығы негізінен электрохимиялық әдістермен өндіріледі, мысалы, күкірт қышқылы немесе аммоний сутегі сульфатының ерітінділерін анодты тотықтыру, содан кейін алынған асқын күкірт қышқылының гидролизі (§ 132 қараңыз). Бұл жағдайда болатын процестерді келесі диаграммамен көрсетуге болады:
Сутегі асқын тотығында сутегі атомдары оттегі атомдарымен ковалентті байланысады, олардың арасында қарапайым байланыс та болады. Сутегі асқын тотығының құрылымын келесі құрылымдық формуламен көрсетуге болады: H-O-O-H.
Молекулалардың айтарлықтай полярлығы бар, бұл олардың кеңістіктік құрылымының салдары (106-сурет).
Сутегі асқын тотығы молекуласында сутегі мен оттегі атомдары арасындағы байланыстар полярлы (ортақ электрондардың оттегіге қарай ығысуына байланысты). Демек, сулы ерітіндіде полярлы су молекулаларының әсерінен сутегі асқын тотығы сутегі иондарын бөле алады, яғни қышқылдық қасиеттерге ие. Сутегі асқын тотығы – сулы ерітіндідегі өте әлсіз екі негізді қышқыл, ол аз мөлшерде болса да иондарға ыдырайды:
Диссоциацияның екінші кезеңі
іс жүзінде ешқандай ағып кетпейді. Ол судың болуымен басылады, сутегі асқын тотығына қарағанда көбірек мөлшерде сутегі иондарын түзетін диссоциацияланатын зат. Бірақ сутегі иондары байланысқанда (мысалы, ерітіндіге сілтіні енгізгенде) екінші сатыда диссоциация жүреді.
Сутегі асқын тотығы кейбір негіздермен тікелей әрекеттесіп, тұздар түзеді.
Осылайша, сутегі асқын тотығы барий гидроксидінің сулы ерітіндісіне әсер еткенде, сутегі асқын тотығы барий тұзының тұнбасы тұнбаға түседі:
Сутегі асқын тотығының тұздары пероксидтер немесе пероксидтер деп аталады. Олар оң зарядталған металл иондарынан және теріс зарядталған иондардан тұрады, олардың электрондық құрылымын диаграммамен көрсетуге болады:
Сутегі асқын тотығындағы оттегінің тотығу дәрежесі -1, яғни судағы және молекулалық оттегідегі оттегінің тотығу дәрежесі (0) арасындағы аралық мәнге ие. Сондықтан сутегі асқын тотығы тотықтырғыш және тотықсыздандырғыш қасиеттеріне ие, яғни тотықсыздандырғыш екі жақтылығын көрсетеді. Дегенмен, ол тотықтырғыш қасиеттерімен көбірек сипатталады, өйткені электрохимиялық жүйенің стандартты потенциалы
онда ол тотықтырғыш ретінде әрекет етеді, 1,776 В тең, ал электрохимиялық жүйенің стандартты потенциалы
онда сутегі асқын тотығы тотықсыздандырғыш болып табылады, 0,682 В-қа тең. Басқаша айтқанда, сутегі асқын тотығы 1,776 В-тан аспайтын заттарды тотықтырып, тек 0,682 В-тан асатындарды ғана азайта алады. Кестеге сәйкес. 18 (277-бетте) бірінші топқа тағы да көптеген заттар кіретінін көруге болады.
Ол тотықтырғыш ретінде қызмет ететін реакциялардың мысалдарына калий нитритінің тотығуын жатқызуға болады.
және йодты калий йодидінен бөлу:
Медицинада (3% ерітінді дезинфекциялаушы зат), тамақ өнеркәсібінде (тамақ өнімдерін консервілеу үшін), ауыл шаруашылығында тұқымдарды өңдеуде, сондай-ақ бірқатар органикалық қосылыстарды өндіруде қолданылатын маталар мен үлбірлерді ағарту үшін қолданылады. , полимерлер және кеуекті материалдар. Сутегі асқын тотығы зымыран өнеркәсібінде күшті тотықтырғыш ретінде қолданылады.
Сутегінің асқын тотығы ауадағы күкіртсутек іздерінің әсерінен ақ қорғасынның қара қорғасын сульфидіне айналуынан уақыт өте келе күңгірттеніп кеткен ескі майлы картиналарды жаңарту үшін де қолданылады. Мұндай картиналар сутегі асқын тотығымен жуылған кезде қорғасын сульфиді ақ қорғасын сульфатына тотығады:
Және табиғи ресурстар
Химия және экология кафедрасы
ШЫҒЫРУ РЕАКЦИЯСЫНЫҢ ЖЫЛДАМЫН ЗЕРТТЕУ
КАТАЛИЗАТОР ҚАТЫСЫНДАҒЫ СУТЕК ПЕРоксиді
ГАСОМЕТРИЯЛЫҚ ӘДІС БОЙЫНША.
«Физикалық және коллоидтық химия» пәні бойынша
060301.65 – Фармация мамандығы бойынша
Ұлы Новгород
1 Жұмыстың мақсаты………………………………………………………………………………..3
2 Негізгі теориялық қағидалар…………………………………….3
4 Эксперименттік бөлім………………………………………………4
4.1 Марганец диоксиді MnO2 қатысында сутегі асқын тотығының ыдырауы…………………………………………………………………………………….4
4.2 Т2 температурада катализатор қатысында сутегі асқын тотығының ыдырауы................................... ................ ................................................. ................................................6
5 Есептің мазмұнына қойылатын талаптар…………………………………………..6
6 Тест сұрақтары мен тапсырмаларының үлгісі…………………………7
1 ЖҰМЫСТЫҢ МАҚСАТЫ
1. Т1 температурадағы жылдамдық константасын, реакция ретін, жартылай ыдырау периодын анықтаңыз.
2. Бөлінген O2 мөлшерінің уақытқа қатысты графигін тұрғызыңыз және жартылай ыдырау периодын графикалық түрде анықтаңыз.
3. Реакцияның активтену энергиясын анықтаңыз, реакция жылдамдығының температуралық коэффициентін есептеңіз.
2 НЕГІЗГІ ТЕОРИЯЛЫҚ ЕРЕЖЕЛЕР
Сутегі асқын тотығын көптеген технологиялық процестерде, медицинада және ауыл шаруашылығында қолдану оның тотықтырғыш қасиеттеріне негізделген. Су ерітінділеріндегі H2O2 ыдырау процесі өздігінен жүреді және келесі теңдеумен ұсынылуы мүмкін:
Н2О2®Н2О +1/2 О2
Процесті катализатордың көмегімен жеделдетуге болады. Бұл аниондар мен катиондар болуы мүмкін, мысалы, CuSO4 (гомогенді катализ). Қатты катализаторлар (көмір, металдар, тұздар және металл оксидтері) де H2O2 ыдырауына жеделдетуші әсер етеді. H2O2 ыдырауының гетерогенді каталитикалық реакциясының жүруіне ортаның рН, бетінің күйі және каталитикалық улар, мысалы, C2H5OH, CO, HCN, H2S әсер етеді.
Өсімдіктердің, жануарлардың және адамдардың жасушаларында сутегі асқын тотығының каталитикалық ыдырауы да жүреді. Процесс каталаза және пероксидаза ферменттерінің әсерінен жүзеге асырылады, олар биологиялық емес сипаттағы катализаторларға қарағанда ерекше жоғары каталитикалық белсенділікке және әсер ету ерекшелігіне ие.
H2O2 ыдырауы O2 бөлінуімен бірге жүреді. Бөлінетін оттегінің көлемі ыдыраған сутегі асқын тотығының мөлшеріне пропорционал. Жұмыста газометриялық әдіс қолданылады.
3 ҚАУІПСІЗДІК ТАЛАПтары
Бұл зертханалық жұмысты орындау кезінде химиялық зертханада жұмыс істеудің жалпы ережелерін сақтау керек.
4 ЭКСПЕРИМЕНТТЫҚ БӨЛІМ
4.1 Марганец диоксиді қатысында сутегі асқын тотығының ыдырауыMnO2 .
Тәжірибені бастамас бұрын катализаторды дайындау керек: шыны таяқшаның кішкене бөлігін BF желімімен немесе крахмал пастасымен майлаңыз. Тек ұшын желіммен майлап, сағат шынысына аздап MnO2 ұнтағын құйып, шыныда аздаған MnO2 қалуы үшін таяқшаның ұшын ұнтаққа тигізу керек. Желім бірнеше минут (1-2 минут) кептіріледі. H2O2 жинауға арналған жүйенің ішіндегі қысымды атмосфералық қысымға дейін жеткізу керек: реакциялық түтіктің тығынын ашып, бюреткадағы су деңгейін нөлге теңестіру колбасын қолданыңыз.
H2O2 ыдырау жылдамдығын өлшеуге арналған құрылғының диаграммасы 1-суретте көрсетілген.
су
 |
H2O2 бар пробирка
Gif" ені="10">.gif" ені="10"> катализатор
1-сурет – H2O2 ыдырау кинетикасын зерттеуге арналған құрылғы.
Тамшуырды немесе өлшеуіш цилиндрді пайдаланып, 2 мл 3% H2O2 ерітіндісін өлшеп, оны пробирка 1-ге құйыңыз. Егер тәжірибе бөлме температурасында жүргізілсе, секундомер мен тәжірибе мәліметтерін жазу үшін кестені дайындаңыз пробиркаға шыны таяқшаның бір бөлігін салыңыз. Реакциялық ыдысты тығынмен жабыңыз. Алдымен 30 секундтан кейін бөлінетін оттегінің көлемін жазыңыз, содан кейін аралықты 1 минутқа дейін арттыруға болады.
Бюреткадағы сұйықтық деңгейі азайған сайын, теңестіруші колба төмендетіліп, бюретка мен колбадағы сұйықтық деңгейі өзгермейді, деңгейлер айырмашылығы аз болады.
Бюреткадағы сұйықтық деңгейінің түсуін тоқтатқанда реакция аяқталды деп саналады.
H2O2 –V¥ толық ыдырауына сәйкес келетін оттегінің көлемін алуға болады, егер реакциялық ыдысты бір стақан ыстық суға салса. Пробирканы бөлме температурасына дейін суытқаннан кейін. Содан кейін Н2О2 толық ыдырауына сәйкес келетін O2 көлемі анықталады.
Кесте – Эксперименттік деректер
Реакция бірінші ретті деп есептесек, реакция жылдамдығының константасы бірінші ретті кинетикалық теңдеу арқылы есептеледі:
Тәжірибе нәтижелері бойынша реакция жылдамдығы константасының орташа мәні есептеледі.
Сутегі асқын тотығының жартылай ыдырау периоды мына теңдеу арқылы есептеледі:
t0,5 = 0,693/к жылдамдық константасының орташа мәнін пайдалана отырып.
Жылдамдық тұрақтысы мен жартылай ыдырау периоды графикалық түрде Vt = f (t) және ln (V¥ – Vt) = f (t) тәуелділігін пайдалана отырып анықталады, олар 2-суретте және суретте көрсетілген. 3. Алынған нәтижелерді екі әдіспен салыстырыңыз – аналитикалық және графикалық.
V¥https://pandia.ru/text/80/128/images/image032_11.gif" width="211" height="12">.gif" width="616" height="64">
т, жалбыз т, мин
Күріш. 2 – Тәуелділік Vt = f(t) 3-сурет – Тәуелділік ln(V¥ – Vt) = f(t)
4.2 Т2 температурасында катализатор қатысында сутегі асқын тотығының ыдырауы
Реакциялық ыдысты су моншасына немесе Т2 температурадағы стақан суға қою арқылы тәжірибе қайталанады (мұғалімнің нұсқауы бойынша). Деректер кестеге енгізіледі:
Екі түрлі температурадағы k1 және k2 жылдамдық константаларын біле отырып, Ea активтену энергиясын Аррениус теңдеуімен есептей аламыз:
Еа = 
Сонымен қатар, Вант-Хофф ережесін пайдаланып температура коэффициентін есептеуге болады:
k2/k1 = γ ∆t/10
5 ЕСЕП МАЗМҰНЫНА ТАЛАПТАР
Есепте мыналар болуы керек:
1. жұмыстың мақсаты;
2. пероксидтің ыдырауы кезінде бөлінетін оттегінің көлемін өлшеу нәтижелері;
3. сутегі асқын тотығының реакция жылдамдығының константасын және жартылай ыдырау периодын (жартылай айналу) есептеу;
4. Vt = f(t) тәуелділік графигі және сутегі асқын тотығының жартылай ыдырау периодын графикалық анықтау нәтижелері;
5. реакция жылдамдығының константасын анықтау үшін ln(V¥ – Vt) = f(t) графигі;
6. жоғары температурада пероксидтің ыдырауы кезінде бөлінетін оттегінің көлемін өлшеу нәтижелері және реакция жылдамдығының константасын есептеу;
7. Аррениус теңдеуінің көмегімен активтену энергиясын есептеу және Вант-Гоф ережесі бойынша реакция жылдамдығының температуралық коэффициентін есептеу;
8. қорытындылар.
6 ТЕСТ СҰРАҚТАРЫ МЕН ТАПСЫРМАЛАР ҮЛГІСІ
1. Реакция жылдамдығының тұрақтысы мынаған байланысты:
а) реагенттердің табиғаты;
б) температура;
в) реагенттер концентрациясы;
г) реакция басталғаннан бері өткен уақыт.
2. Реакция реті
а) ресми құндылық;
б) тек тәжірибе арқылы анықталады;
в) теориялық түрде есептелуі мүмкін;
г) p+q дәрежелерінің қосындысына тең, υ = k · CAp · CBq теңдеуінде.
3. Химиялық реакцияның активтену энергиясы
а) молекулалардың соқтығысуы белсенді болу үшін қажетті молекулалардың орташа энергиясымен салыстырғанда артық энергия;
б) реагенттердің табиғатына байланысты;
в) Дж/мольмен өлшенеді;
г) жүйеге катализатор енгізілгенде артады.
4. Белгілі бір радиоактивті изотоптың жартылай ыдырау периоды 30 күн. Изотоптың мөлшері бастапқыдан 10% болатын уақытты есептеңіз.
5. Белгілі бір температурада бірінші ретті реакция 30 минутта 25% жүреді. Бастапқы заттың жартылай ыдырау периодын есептеңіз.
6. Реакция жылдамдығының температуралық коэффициенті 3-ке тең болса, температура 40К жоғарылағанда реакция жылдамдығы неше есе артады?
7. Температура 40К жоғарылағанда белгілі бір реакцияның жылдамдығы 39,06 есе өсті. Реакция жылдамдығының температуралық коэффициентін анықтаңыз.
Катализатордың әсерінен және сұйық сабынның қатысуымен сутегі асқын тотығының ыдырауы ең әдемі химиялық тәжірибелердің бірі болып табылады. Орыс тіліндегі әдебиетте бұл эксперименттің ағылшын тіліндегі дереккөздерде белгілі бір атауы жоқ, ол Піл тіс пастасы деп аталады, ол сияқты дыбыстарды еркін аударады; Пілге арналған тіс пастасы.
Тәжірибе үшін 30-50% сутегі асқын тотығы (пергидрол), аздап сұйық жуғыш зат (көп тұрақты көбік береді) және сутегі асқын тотығының ыдырау катализаторы қажет. Пероксид катализатормен жанасқанда оттегі белсенді түрде бөлінеді, сұйық сабынның болуына байланысты көп көбік түзіледі (қысқа уақыт ішінде). Қоспаға көбікті әртүрлі түстермен бояйтын бояғыштар қосылады. Колбаның немесе цилиндрдің тесігінен шыққан көбік ағыны шынымен де «піл тіс пастасына» ұқсайды.
Сутегі асқын тотығының ыдырауы үшін катализатор ретінде әртүрлі заттар мен қоспаларды қолдануға болады, мысалы: мыс аммиак, калий йодиді, тіпті ашытқы суспензиясы.
Мен бұл экспериментті бұрын да жүргізгенмін, бірақ мен ескі жазбаларымды қарауға алаңдамадым, нәтижесінде бірінші эксперимент нәтиже бермеді. Мен 7,5 г мыс сульфатын алдым, оған 30 мл концентрлі аммиак ерітіндісін қосып, мұқият араластырдым. Ерітінді литрлік колбаға құйылып, оған 50 мл Гала сұйық ыдыс жууға арналған жуғыш зат пен 80 мл дистиллят қосылып, қайтадан араластырылды. Колбаға тоңазытқыштан алынған 100 мл пергидролды құйдым. Дәлірек айтқанда, мен оны құюға тырыстым: күшті реакция басталды, нәтижесінде пергидролдың 1/3 бөлігін қосуға уақыт болмады. Пероксидтің жылдам ыдырауы орын алды, бірақ эксперимент жиіркенішті болды: көбік аз болды.
Сосын ескі жазбаларды қарап шықтым. Соңғы рет мен мүлдем басқа заттардың мөлшерін қабылдағаным белгілі болды:
«300 мл конустық колбаға 10-20 мл сұйық Гала ыдыс жууға арналған жуғыш затты (немесе кез келген ұқсас жуғыш затты) құйыңыз. Басқа колбада күшті аммиак ерітіндісінің артық мөлшерінде 3-4 г мыс сульфатын ерітіңіз (мыс болғанша аммиакты қосыңыз. сульфат толығымен ериді) көк мыс (II) аммиак түзіледі:
CuSO 4 + 6NH 3 + 2H 2 O = (OH) 2 + (NH 4) 2 SO 4
Жуғыш заттың колбасына мыс аммиак ерітіндісін құйып, жақсылап араластырыңыз. Колбаны үстелге қойып, оған тез арада 50-100 мл 30-50% сутегі асқын тотығы ерітіндісін құйыңыз. Газдың күшті бөлінуі болады. Колбадан көбік фонтаны атқылайды. Колбаның айналасындағы бүкіл кеңістік бірнеше секунд ішінде көбіктің үлкен кесегімен толтырылады. Көбіктен бу көтеріледі - сутегі асқын тотығының ыдырау реакциясы жылудың бөлінуімен жүреді. Біздің эксперименттерімізде алынған көбіктің биіктігі мен ені шамамен 60 см болды».
Басқаша айтқанда, аз мыс аммиак пен сұйық сабын алуға тура келді.
Екінші тәжірибеге 300 мл конустық колба, 2 г мыс сульфаты алдым, оған 20% концентрлі аммиак ерітіндісін қостым. Мыс сульфатын еріткеннен кейін 20 мл Gala сұйық ыдыс жууға арналған жуғыш затты қосып, араластырыңыз. Мен 70 мл сутегі асқын тотығын алдым, бірақ тек 50 мл қосуға үлгердім - белсенді көбік пайда болды.
Колбадан шыққан көбік түтіктен сығып алынған тіс пастасына шынымен ұқсайтын. Мыс аммиакының арқасында көгілдір түсті жолақтар көбік бойымен созылады. Тәжірибе жақсы болды, бірақ ыдырау баяу болды және 2,5 минуттан астам уақытты алды.
Мақалада сипатталған тәжірибені жасағаным есіме түсті
