La famosa formula della base della vita: l'acqua. La sua molecola è composta da due atomi di idrogeno e un ossigeno, che è scritto come H2O. Se c'è il doppio dell'ossigeno, risulterà una sostanza completamente diversa: H2O2. Che cos'è e in che modo la sostanza risultante differirà dal suo "parente" dell'acqua?
H2O2 - che cos'è questa sostanza?
Soffermiamoci su di esso in modo più dettagliato. H2O2 è la formula del perossido di idrogeno, sì, quella usata per trattare i graffi, bianca. Perossido di idrogeno H2O2 - scientifico.
Per la disinfezione viene utilizzata una soluzione di perossido al 3%. In forma pura o concentrata, provoca ustioni chimiche alla pelle. Una soluzione di perossido al trenta percento è altrimenti chiamata peridrolo; in precedenza veniva utilizzato nei saloni di parrucchiere per decolorare i capelli. Anche la pelle bruciata da lui diventa bianca.
Proprietà chimiche dell'H2O2
Il perossido di idrogeno è un liquido incolore dal sapore "metallico". È un buon solvente ed è facilmente solubile in acqua, etere, alcoli.
Le soluzioni di perossido al tre e al sei percento vengono solitamente preparate diluendo una soluzione al trenta percento. Quando l'H2O2 concentrato viene conservato, la sostanza si decompone con il rilascio di ossigeno, quindi non deve essere conservata in contenitori ermeticamente chiusi per evitare un'esplosione. Con una diminuzione della concentrazione di perossido, la sua stabilità aumenta. Inoltre, per rallentare la decomposizione dell'H2O2, possono essere aggiunte varie sostanze, ad esempio acido fosforico o salicilico. Per conservare soluzioni ad alta concentrazione (oltre il 90 percento), al perossido viene aggiunto pirofosfato di sodio, che stabilizza lo stato della sostanza e vengono utilizzati anche recipienti di alluminio.
L'H2O2 nelle reazioni chimiche può essere sia un agente ossidante che un agente riducente. Più spesso, tuttavia, il perossido mostra proprietà ossidanti. Il perossido è considerato un acido, ma molto debole; i sali di perossido di idrogeno sono chiamati perossidi.
come metodo per ottenere ossigeno
La reazione di decomposizione dell'H2O2 si verifica quando una sostanza viene esposta alta temperatura(più di 150 gradi Celsius). Il risultato è acqua e ossigeno.
Formula di reazione - 2 H2O2 + t -> 2 H2O + O2
Lo stato di ossidazione di H in H 2 O 2 e H 2 O \u003d +1.
Lo stato di ossidazione di O: in H 2 O 2 \u003d -1, in H 2 O \u003d -2, in O 2 \u003d 0
2 O -1 - 2e -> O2 0
O -1 + e -> O -2
2 H2O2 = 2 H2O + O2
La decomposizione del perossido di idrogeno può verificarsi anche a temperatura ambiente se viene utilizzato un catalizzatore (una sostanza chimica che accelera la reazione).
Nei laboratori, uno dei metodi per ottenere l'ossigeno, insieme alla decomposizione del sale di berthollet o del permanganato di potassio, è la reazione di decomposizione del perossido. In questo caso, l'ossido di manganese (IV) viene utilizzato come catalizzatore. Altre sostanze che accelerano la decomposizione di H2O2 sono rame, platino, idrossido di sodio.
La storia della scoperta del perossido
I primi passi verso la scoperta del perossido furono fatti nel 1790 dal tedesco Alexander Humboldt, quando scoprì la trasformazione dell'ossido di bario in perossido quando riscaldato. Questo processo è stato accompagnato dall'assorbimento di ossigeno dall'aria. Dodici anni dopo, gli scienziati Tenard e Gay-Lussac hanno condotto un esperimento sulla combustione di metalli alcalini con un eccesso di ossigeno, a seguito del quale è stato ottenuto il perossido di sodio. Ma il perossido di idrogeno si ottenne più tardi, solo nel 1818, quando Louis Tenard studiò l'effetto degli acidi sui metalli; per la loro interazione stabile, era necessaria una bassa quantità di ossigeno. Conducendo un esperimento di conferma con perossido di bario e acido solforico, lo scienziato ha aggiunto loro acqua, acido cloridrico e ghiaccio. Dopo poco tempo, Tenar trovò piccole gocce solidificate sulle pareti del contenitore con perossido di bario. È diventato chiaro che si trattava di H2O2. Quindi hanno dato all'H2O2 risultante il nome di "acqua ossidata". Questo era il perossido di idrogeno, un liquido incolore, inodore, difficilmente evaporabile che dissolve bene altre sostanze. Il risultato dell'interazione di H2O2 e H2O2 è una reazione di dissociazione, il perossido è solubile in acqua.
Un fatto interessante è che le proprietà della nuova sostanza sono state rapidamente scoperte, consentendone l'uso in lavori di restauro. Lo stesso Tenard, utilizzando perossido, restaurò il dipinto di Raffaello, che si era scurito nel tempo.
Il perossido di idrogeno nel 20° secolo
Dopo uno studio approfondito della sostanza risultante, iniziò a essere prodotta su scala industriale. All'inizio del XX secolo fu introdotta una tecnologia elettrochimica per la produzione di perossido, basata sul processo di elettrolisi. Ma la durata di conservazione della sostanza ottenuta con questo metodo era piccola, circa un paio di settimane. Il perossido puro è instabile e per la maggior parte è stato prodotto in una concentrazione del trenta percento per sbiancare i tessuti e in tre o sei percento per uso domestico.
Gli scienziati della Germania nazista hanno utilizzato il perossido per creare un motore a razzo a combustibile liquido che è stato utilizzato per scopi di difesa durante la seconda guerra mondiale. Come risultato dell'interazione di H2O2 e metanolo / idrazina, è stato ottenuto un potente carburante, sul quale l'aereo ha raggiunto velocità superiori a 950 km / h.
Dove viene utilizzata ora l'H2O2?
- in medicina - per il trattamento delle ferite;
- nell'industria della cellulosa e della carta vengono utilizzate le proprietà sbiancanti della sostanza;
- nell'industria tessile, i tessuti naturali e sintetici, le pellicce, la lana vengono sbiancati con perossido;
- come combustibile per razzi o suo ossidante;
- in chimica - per produrre ossigeno, come agente schiumogeno per la produzione di materiali porosi, come catalizzatore o agente idrogenante;
- per la produzione di disinfettanti o detergenti, candeggina;
- per decolorare i capelli (questo è un metodo obsoleto, poiché i capelli sono gravemente danneggiati dal perossido);
Il perossido di idrogeno può essere utilizzato con successo per risolvere vari problemi domestici. Ma solo il 3% di perossido di idrogeno può essere utilizzato per questi scopi. Ecco alcuni modi:
- Per pulire le superfici, versare il perossido in un contenitore con un flacone spray e spruzzare sulle aree contaminate.
- Per la disinfezione degli oggetti, devono essere puliti con una soluzione non diluita di H2O2. Questo li aiuterà a purificarli dai microrganismi dannosi. Le spugne per il lavaggio possono essere immerse in acqua con acqua ossigenata (proporzione 1:1).
- Per candeggiare i tessuti durante il lavaggio di cose bianche, aggiungi un bicchiere di perossido. Puoi anche sciacquare i tessuti bianchi in acqua mescolata con un bicchiere di H2O2. Questo metodo ripristina il bianco, previene l'ingiallimento dei tessuti e aiuta a rimuovere le macchie ostinate.
- Per combattere muffe e funghi, mescolare perossido e acqua in un flacone spray in un rapporto di 1:2. Spruzzare la miscela risultante sulle superfici infette e pulirle con un pennello o una spugna dopo 10 minuti.
- È possibile aggiornare la malta oscurata nella piastrella spruzzando perossido sulle aree desiderate. Dopo 30 minuti, è necessario strofinarli accuratamente con una spazzola rigida.
- Per lavare i piatti, aggiungi mezzo bicchiere di H2O2 in una bacinella piena d'acqua (o in un lavandino con scarico chiuso). Tazze e piatti lavati in una tale soluzione brilleranno di pulizia.
- Per pulire lo spazzolino da denti, devi immergerlo in una soluzione di perossido al 3% non diluita. Quindi sciacquare sotto acqua corrente forte. Questo metodo disinfetta bene l'articolo per l'igiene.
- Per disinfettare frutta e verdura acquistata, spruzzare una soluzione di 1 parte di perossido e 1 parte di acqua su di esse, quindi sciacquarle accuratamente con acqua (può essere fredda).
- Nell'area suburbana con l'aiuto di H2O2 puoi combattere le malattie delle piante. È necessario spruzzarli con una soluzione di perossido o immergere i semi poco prima di piantare in 4,5 litri di acqua mescolati con 30 ml di perossido di idrogeno al quaranta per cento.
- Per far rivivere i pesci d'acquario, se sono avvelenati dall'ammoniaca, soffocati quando l'aerazione viene disattivata, o per un altro motivo, puoi provare a metterli in acqua con acqua ossigenata. È necessario mescolare il 3% di perossido con acqua alla velocità di 30 ml per 100 litri e metterlo nella miscela risultante di pesce senza vita per 15-20 minuti. Se non prendono vita durante questo periodo, il rimedio non ha aiutato.
Anche a seguito di un vigoroso scuotimento di una bottiglia d'acqua, si forma una certa quantità di perossido, poiché l'acqua è satura di ossigeno durante questa azione.
Frutta e verdura fresca contengono anche H2O2 fino a quando non sono cotte. Quando vengono riscaldati, bolliti, arrostiti e altri processi con temperature elevate di accompagnamento vengono distrutti un gran numero di ossigeno. Ecco perché i cibi cotti sono considerati non così utili, sebbene in essi rimanga una certa quantità di vitamine. I succhi appena spremuti o i cocktail di ossigeno serviti nei sanatori sono utili per lo stesso motivo: a causa della saturazione di ossigeno, che dà nuova forza al corpo e lo purifica.
I pericoli del perossido se ingerito
Dopo quanto sopra, può sembrare che il perossido possa essere assunto specificamente per via orale, e questo andrà a beneficio dell'organismo. Ma non è affatto così. In acqua o succhi, il composto si trova in quantità minime ed è strettamente correlato ad altre sostanze. L'assunzione di perossido di idrogeno "innaturale" all'interno (e tutto il perossido acquistato in un negozio o prodotto a seguito di esperimenti chimici da soli non può essere considerato naturale, inoltre ha una concentrazione troppo alta rispetto al naturale) può mettere in pericolo la vita e conseguenze pericolose per la salute. Per capire perché, devi tornare alla chimica.
Come già accennato, in determinate condizioni, il perossido di idrogeno si scompone e rilascia ossigeno, che è un agente ossidante attivo. può verificarsi quando l'H2O2 si scontra con la perossidasi, un enzima intracellulare. L'uso del perossido per la disinfezione si basa sulle sue proprietà ossidanti. Quindi, quando una ferita viene trattata con H2O2, l'ossigeno rilasciato distrugge i microrganismi patogeni viventi che vi sono entrati. Ha lo stesso effetto su altre cellule viventi. Se tratti la pelle intatta con perossido e poi pulisci l'area con alcol, sentirai una sensazione di bruciore, che conferma la presenza di danni microscopici dopo il perossido. Ma con l'uso esterno di perossido a bassa concentrazione, non ci saranno danni evidenti al corpo.
Un'altra cosa, se provi a portarlo dentro. Quella sostanza, che è in grado di danneggiare dall'esterno anche la pelle relativamente spessa, entra nelle mucose del tubo digerente. Cioè, si verificano mini-ustioni chimiche. Naturalmente, l'agente ossidante rilasciato - l'ossigeno - può anche uccidere i microbi dannosi. Ma lo stesso processo avverrà con le cellule del tubo digerente. Se si ripetono ustioni dovute all'azione di un agente ossidante, è possibile l'atrofia delle mucose e questo è il primo passo verso il cancro. La morte delle cellule intestinali porta all'incapacità dell'organismo di assorbire i nutrienti, questo spiega, ad esempio, la perdita di peso e la scomparsa della stitichezza in alcune persone che praticano il "trattamento" al perossido.
Separatamente, va detto su un tale metodo di utilizzo del perossido come iniezioni endovenose. Anche se per qualche motivo sono stati prescritti da un medico (questo può essere giustificato solo in caso di avvelenamento del sangue, quando non sono disponibili altri farmaci adatti), quindi sotto controllo medico e con un rigoroso calcolo dei dosaggi, ci sono comunque dei rischi. Ma in una situazione così estrema, sarà un'occasione per riprendersi. In nessun caso dovresti prescriverti iniezioni di perossido di idrogeno. L'H2O2 rappresenta un grande pericolo per le cellule del sangue - eritrociti e piastrine, poiché le distrugge quando entra nel flusso sanguigno. Inoltre, può verificarsi un blocco mortale dei vasi sanguigni da parte dell'ossigeno rilasciato: un'embolia gassosa.
Misure di sicurezza nella manipolazione di H2O2
- Tenere fuori dalla portata dei bambini e delle persone incapaci. La mancanza di odore e il gusto pronunciato rendono il perossido particolarmente pericoloso per loro, poiché possono essere assunte grandi dosi. Se la soluzione viene ingerita, le conseguenze dell'uso possono essere imprevedibili. È necessario consultare immediatamente un medico.
- Le soluzioni di perossido con una concentrazione superiore al tre percento provocano ustioni se vengono a contatto con la pelle. La zona ustionata deve essere lavata con abbondante acqua.
- Non lasciare che la soluzione di perossido penetri negli occhi, poiché si formano gonfiore, arrossamento, irritazione e talvolta dolore. Primo soccorso prima di andare dal medico: abbondante risciacquo degli occhi con acqua.
- Conservare la sostanza in modo tale che sia chiaro che si tratta di H2O2, cioè in un contenitore con un adesivo per evitare un uso improprio accidentale.
- Le condizioni di conservazione che ne prolungano la vita sono un luogo buio, asciutto e fresco.
- Non mescolare il perossido di idrogeno con liquidi diversi dall'acqua pura, compresa l'acqua di rubinetto clorurata.
- Tutto quanto sopra si applica non solo all'H2O2, ma a tutti i preparati che lo contengono.
Molti ricercatori del 19 ° secolo, che hanno ricevuto perossido di idrogeno puro, hanno notato il pericolo di questo composto. Così quando hanno cercato di separarsi
2 O 2 dall'acqua mediante estrazione da soluzioni diluite con etere dietilico, seguita dalla distillazione dell'etere volatile, la sostanza risultante a volte esplodeva senza una ragione apparente. In uno di questi esperimenti, il chimico tedesco Yu.V. Brühl ottenne H 2 O 2 , che aveva odore di ozono ed esplose al tocco di una bacchetta di vetro non fusa. Nonostante la piccola quantità di H 2 O 2 (solo 1-2 ml) l'esplosione è stata così forte che ha perforato un foro rotondo nella tavola del tavolo, ha distrutto il contenuto della sua scatola, nonché fiasche e strumenti in piedi sul tavolo e nelle vicinanze.Proprietà fisiche. Il perossido di idrogeno puro è molto diverso dalla familiare soluzione al 3% di H 2 O 2 , che si trova nel kit di pronto soccorso domestico. Innanzitutto è quasi una volta e mezza più pesante dell'acqua (la densità a 20°C è di 1,45 g/cm 3). H 2 O 2 si congela a una temperatura leggermente inferiore al punto di congelamento dell'acqua - a meno 0,41 ° C, ma se un liquido puro viene rapidamente raffreddato, di solito non si congela, ma si raffredda, trasformandosi in una massa vetrosa trasparente. Soluzioni H 2 O 2 congelare a una temperatura molto più bassa: una soluzione al 30% - a meno 30 ° C e una soluzione al 60% - a meno 53 ° C. Bolle H 2 O 2 a una temperatura superiore all'acqua normale - a 150,2 ° C. Vetro bagnato H 2 O 2 peggio dell'acqua, e questo porta a un fenomeno interessante nella distillazione lenta di soluzioni acquose: mentre l'acqua viene distillata dalla soluzione, essa, come al solito, entra dal frigorifero nel ricevitore sotto forma di gocce; quando inizia a sorpassare 2 O 2 , il liquido fuoriesce dal frigorifero sotto forma di un filo continuo e sottile. Sulla pelle, il perossido di idrogeno puro e le sue soluzioni concentrate lasciano macchie bianche e provocano una sensazione di bruciore dovuto a una grave ustione chimica.In un articolo sulla produzione di perossido di idrogeno, Tenar non ha paragonato molto bene questa sostanza allo sciroppo, forse intendeva che l'H puro
2 O 2 , come lo sciroppo di zucchero, rifrange fortemente la luce. Infatti, l'indice di rifrazione di H 2 O 2 (1.41) è molto più grande di quella dell'acqua (1.33). Tuttavia, sia a causa di un'errata interpretazione, sia a causa di una cattiva traduzione dal francese, quasi tutti i libri di testo scrivono ancora che il perossido di idrogeno puro è un "liquido sciropposo denso", e lo spiegano anche teoricamente con la formazione di legami idrogeno. Ma l'acqua forma anche legami idrogeno. Infatti la viscosità di N 2 O 2 la stessa di quella dell'acqua leggermente fredda (fino a circa 13°C), ma non si può dire che l'acqua fredda sia densa, come lo sciroppo.reazione di decomposizione. Il perossido di idrogeno puro è una sostanza molto pericolosa, poiché in determinate condizioni è possibile la sua decomposizione esplosiva: H 2 O 2 ® H 2 O + 1/2 O 2 con un rilascio di 98 kJ per mol N 2 O 2 (34 g). Questa è un'energia molto grande: è più di quella che viene rilasciata durante la formazione di 1 mole di HCl nell'esplosione di una miscela di idrogeno e cloro; è sufficiente far evaporare completamente 2,5 volte più acqua di quella che si forma in questa reazione. Soluzioni acquose pericolose e concentrate H 2 O 2 , in loro presenza, molti composti organici si accendono facilmente spontaneamente e, all'impatto, tali miscele possono esplodere. Per conservare le soluzioni concentrate, vengono utilizzati recipienti in alluminio purissimo o recipienti in vetro cerato.Più spesso devi incontrare una soluzione al 30% meno concentrata di H
2 O 2 , che si chiama peridrolo, ma una tale soluzione è anche pericolosa: provoca ustioni sulla pelle (durante la sua azione, la pelle diventa immediatamente bianca a causa dello scolorimento dei coloranti), se entrano impurità è possibile l'ebollizione esplosiva. Decomposizione H 2 O 2 e le sue soluzioni, comprese quelle esplosive, causano molte sostanze, ad esempio gli ioni metalli pesanti, che allo stesso tempo svolgono il ruolo di catalizzatore, e anche le particelle di polvere. 2 O 2 sono spiegati dalla forte esotermia della reazione, dalla natura a catena del processo e da una significativa diminuzione dell'energia di attivazione della decomposizione di H 2 O 2 in presenza di varie sostanze, come si evince dai seguenti dati:L'enzima catalasi si trova nel sangue; è grazie a lei che il farmaco "perossido di idrogeno" "bolle" per rilascio di ossigeno quando viene utilizzato per disinfettare un dito tagliato. La reazione di decomposizione di una soluzione concentrata di H 2 O 2 sotto l'influenza della catalasi, non solo una persona usa; è questa reazione che aiuta lo scarabeo bombardiere a combattere i nemici rilasciando loro un getto caldo ( centimetro . ESPLOSIVI). Un altro enzima, la perossidasi, agisce in modo diverso: non decompone H 2 O 2 , ma in sua presenza altre sostanze vengono ossidate dal perossido di idrogeno.Gli enzimi che influenzano le reazioni del perossido di idrogeno svolgono un ruolo importante nella vita della cellula. L'energia viene fornita al corpo dalle reazioni di ossidazione con la partecipazione dell'ossigeno proveniente dai polmoni. In queste reazioni, H si forma in modo intermedio.
2 O 2 , che è dannoso per la cellula, in quanto provoca danni irreversibili a varie biomolecole. Catalasi e perossidasi lavorano insieme per convertire H 2 O 2 in acqua e ossigeno.Reazione di decomposizione H
2 O 2 spesso procede per un meccanismo a catena radicale ( centimetro. REAZIONI A CATENA), mentre il ruolo del catalizzatore è quello di avviare i radicali liberi. Quindi, in una miscela di soluzioni acquose di H 2 O 2 e Fe 2+ (il cosiddetto reagente di Fenton) esiste una reazione di trasferimento di elettroni dallo ione Fe 2+ per molecola di H 2 O 2 con la formazione dello ione Fe 3+ e un anione radicale molto instabile . , che decade immediatamente nell'anione OH e il radicale idrossile libero OH. ( centimetro. I RADICALI LIBERI). Radicale OH. molto attivo. Se ci sono composti organici nel sistema, sono possibili le loro varie reazioni con i radicali idrossilici. Quindi, i composti aromatici e gli idrossiacidi vengono ossidati (il benzene, ad esempio, si trasforma in fenolo), i composti insaturi possono aggiungere gruppi idrossilici al doppio legame: CH 2 \u003d CH - CH 2 OH + 2OH. ® NOSN 2 -CH(OH) -CH 2 –OH, e può entrare in una reazione di polimerizzazione. In assenza di opportuni reagenti, OH. reagisce con H 2 O 2 con la formazione di un radicale H O meno attivo 2 . , che è in grado di ridurre gli ioni Fe 2+ , che chiude il ciclo catalitico: H 2 O 2 + Fe 2+ ® Fe 3+ + OH . + OH - OH. + H 2 O 2 ® H 2 O + H 2 .HO2 . + Fe3+
® Fe 2+ + O 2 + H + ® H 2 O. In determinate condizioni, una decomposizione a catena di H 2 O 2 , il cui meccanismo semplificato può essere rappresentato dal diagramma. + H 2 O 2 ® H 2 O + H 2 . 2 . + H 2 O 2® H 2 O + O 2 + OH . eccetera.Reazioni di decomposizione H
2 O 2 andare in presenza di vari metalli di valenza variabile. Legati in composti complessi, spesso migliorano notevolmente la loro attività. Ad esempio, gli ioni rame sono meno attivi degli ioni ferro, ma legati ai complessi di ammoniaca 2+ , provocano una rapida decomposizione di H 2 O 2 . Gli ioni Mn hanno un effetto simile 2+ associati in complessi con alcuni composti organici. In presenza di questi ioni è stato possibile misurare la lunghezza della catena di reazione. Per fare ciò, la velocità di reazione è stata prima misurata dalla velocità di evoluzione dell'ossigeno dalla soluzione. Quindi la soluzione è stata introdotta in una concentrazione molto bassa (circa 10-5 mol / l) inibitore - una sostanza che reagisce efficacemente con i radicali liberi e quindi termina la catena. Il rilascio di ossigeno si è interrotto immediatamente, ma dopo circa 10 minuti, quando tutto l'inibitore è stato esaurito, è ripreso alla stessa velocità. Conoscendo la velocità di reazione e la velocità di terminazione della catena, è facile calcolare la lunghezza della catena, che è risultata essere 10 3 collegamenti. La lunga lunghezza della catena provoca alta efficienza espansione H 2 O 2 in presenza dei catalizzatori più efficienti che generano radicali liberi ad alta velocità. Alla lunghezza della catena specificata, il tasso di decomposizione H 2 O 2 effettivamente aumentato di mille volte.A volte notevole decomposizione di H
2 O 2 provocano anche tracce di impurità, che quasi non vengono rilevate analiticamente. Quindi, uno dei catalizzatori più efficaci si è rivelato essere un sol di osmio metallico: il suo forte effetto catalitico è stato osservato anche a una diluizione di 1:10 9 , cioè. 1 g Os per 1000 tonnellate di acqua. I catalizzatori attivi sono soluzioni colloidali di palladio, platino, iridio, oro, argento e ossidi solidi di alcuni metalli - MnO 2 , Co 2 O 3 , PbO 2 ecc., che di per sé non cambiano. La decomposizione può andare molto rapidamente. Quindi, se un piccolo pizzico di MnO 2 gettare in una provetta con una soluzione al 30% di H 2 O 2 , una colonna di vapore fuoriesce dalla provetta con schizzi di liquido. Con soluzioni più concentrate, si verifica un'esplosione. La decomposizione procede più agevolmente sulla superficie del platino. In questo caso, lo stato della superficie ha una forte influenza sulla velocità di reazione. Il chimico tedesco Walter Spring condusse alla fine del XIX secolo. una tale esperienza. In una tazza di platino accuratamente pulita e lucidata, la decomposizione di una soluzione al 38% di H 2 O 2 non è andato nemmeno quando riscaldato a 60 ° C. Se, tuttavia, viene fatto un graffio appena percettibile con un ago sul fondo della tazza, la soluzione già fredda (a 12 ° C) inizia a rilasciare bolle di ossigeno nel sito del graffio e, una volta riscaldato, la decomposizione lungo questo luogo aumenta notevolmente. Se il platino spugnoso, che ha una superficie molto ampia, viene introdotto in una tale soluzione, è possibile la decomposizione esplosiva.Decomposizione rapida H
2 O 2 può essere utilizzato per un'esperienza di lezione spettacolare se un tensioattivo (sapone, shampoo) viene aggiunto alla soluzione prima dell'aggiunta del catalizzatore. L'ossigeno rilasciato crea una ricca schiuma bianca, che è stata chiamata "dentifricio per elefanti".Alcuni catalizzatori avviano la decomposizione non a catena di H
2 O 2, ad esempio: H 2 O 2 + 2I - + 2H + ® 2H 2 O + I 2 ® 2I - + 2H + + O 2. Una reazione non a catena si verifica anche nel caso di ossidazione degli ioni Fe 2+ in soluzioni acide: 2FeSO 4 + H 2 O 2 + H 2 SO 4 ® Fe 2 (SO 4) 3 + 2 H 2 O. Perché dentro soluzione acquosa vi sono quasi sempre tracce di catalizzatori vari (la decomposizione può essere catalizzata anche da ioni metallici contenuti nel vetro), a soluzioni di H 2 O 2 , anche diluito, durante la loro conservazione a lungo termine, vengono aggiunti inibitori e stabilizzanti che legano gli ioni metallici. In questo caso, le soluzioni sono leggermente acidificate, poiché sotto l'azione dell'acqua pura sul vetro si ottiene una soluzione debolmente alcalina, che contribuisce alla decomposizione di H 2 O 2 . Tutte queste caratteristiche della decomposizione di H 2 O 2 permettere che il conflitto si risolva. Per ottenere puro H 2 O 2 è necessario effettuare la distillazione a pressione ridotta, poiché la sostanza si decompone se riscaldata sopra i 70°C e anche, seppur molto lentamente, a temperatura ambiente (come riportato nell'Enciclopedia Chimica, in ragione dello 0,5% annuo). In questo caso, come appare il punto di ebollizione nella stessa enciclopedia ottenuta a pressione atmosferica, pari a 150,2°C? Solitamente, in questi casi, viene utilizzata una regolarità fisico-chimica: il logaritmo della tensione di vapore di un liquido dipende linearmente dalla temperatura reciproca (sulla scala Kelvin), quindi se si misura con precisione la pressione di vapore H 2 O 2 a diverse (basse) temperature, è facile calcolare a quale temperatura questa pressione raggiungerà 760 mm Hg. E questo è il punto di ebollizione in condizioni normali.In teoria, radicali OH
. può anche formarsi in assenza di iniziatori, a causa della rottura del legame O–O più debole, ma ciò richiede una temperatura piuttosto elevata. Nonostante l'energia di rottura relativamente bassa di questo legame nell'H 2 O 2 (è uguale a 214 kJ/mol, che è 2,3 volte inferiore a quello del legame H–OH in una molecola d'acqua), il legame O–O è ancora abbastanza forte perché il perossido di idrogeno sia assolutamente stabile a temperatura ambiente. E anche al punto di ebollizione (150°C), deve decomporsi molto lentamente. Il calcolo mostra che aA questa temperatura, anche la decomposizione dello 0,5% dovrebbe avvenire abbastanza lentamente, anche se la lunghezza della catena è di 1000 maglie. La discrepanza tra calcoli e dati sperimentali è spiegata dalla decomposizione catalitica causata sia dalle più piccole impurità nel liquido che dalle pareti del recipiente di reazione. Pertanto, l'energia di attivazione della decomposizione H misurata da molti autori 2 O 2 sempre significativamente inferiore a 214 kJ/mol anche "in assenza di catalizzatore". In effetti, c'è sempre un catalizzatore di decomposizione, sia sotto forma di impurità insignificanti nella soluzione, sia sotto forma di pareti del vaso, motivo per cui riscaldando l'H anidro 2 O 2 all'ebollizione a pressione atmosferica ha causato ripetutamente esplosioni.In determinate condizioni, la decomposizione di H
2 O 2 si verifica in modo molto insolito, ad esempio, se si riscalda una soluzione di H acidificata con acido solforico 2 O 2 in presenza di iodato di potassio KIO 3 , quindi a determinate concentrazioni di reagenti, si osserva una reazione oscillatoria, mentre il rilascio di ossigeno si interrompe periodicamente, per poi riprendere con un periodo da 40 a 800 secondi.Proprietà chimiche H 2 O 2 . Il perossido di idrogeno è un acido, ma molto debole. Costante di dissociazione H 2 O 2 H + + H O 2 - a 25°C è 2,4 10-12 , che è 5 ordini di grandezza in meno rispetto a H 2 S. Sali medi H 2 O 2 i metalli alcalini e alcalino terrosi sono comunemente indicati come perossidi ( centimetro. PEROSSIDI). Quando disciolti in acqua, sono quasi completamente idrolizzati: Na 2 O 2 + 2H 2 O ® 2NaOH + H 2 O 2 . L'idrolisi è promossa dall'acidificazione delle soluzioni. Come un acido 2 O 2 forma anche sali acidi, ad esempio Ba (HO 2) 2 , NaHO 2 e così via. Sali acidi meno incline all'idrolisi, ma si decompone facilmente se riscaldato per rilasciare ossigeno: 2NaHO 2 ® 2NaOH + O 2 . L'alcali liberato, come nel caso di H 2 O 2 favorisce la decomposizione.Soluzioni H
2 O 2 , particolarmente concentrati, hanno un forte effetto ossidante. Quindi, sotto l'azione di una soluzione al 65% di H 2 O 2 su carta, segatura e altre sostanze combustibili, si accendono. Soluzioni meno concentrate decolorano molti composti organici, come l'indaco. La formaldeide è ossidata in modo insolito: H 2 O 2 si riduce non ad acqua (come al solito), ma ad idrogeno libero: 2HCHO + H 2 O 2 ® 2HCOOH + H 2 . Se prendiamo una soluzione al 30% di H 2 O 2 e una soluzione al 40% di HCHO, quindi dopo un leggero riscaldamento, inizia una violenta reazione, il liquido bolle e schiuma. Effetto ossidativo di soluzioni diluite di H 2 O 2 è più pronunciato in un ambiente acido, ad esempio H 2 O 2 + H 2 C 2 O 4 ® 2 H 2 O + 2CO 2 , ma l'ossidazione è possibile anche in ambiente alcalino:Na + H 2 O 2 + NaOH® Na 2 ; 2K 3 + 3H 2 O 2® 2KCrO 4 + 2KOH + 8H 2O. Ossidazione del solfuro di piombo nero a solfato bianco PbS+ 4H 2 O 2 ® PbSO 4 + 4H 2 O può essere utilizzato per ripristinare il piombo bianco appannato in vecchi dipinti. Sotto l'azione della luce, anche l'acido cloridrico viene ossidato: H 2 O 2 + 2HCl ® 2H 2 O + Cl 2. Aggiunta di H 2 O 2 agli acidi aumenta notevolmente il loro effetto sui metalli. Quindi, in una miscela di H 2O2 e diluire H 2 SO 4 si sciolgono rame, argento e mercurio; lo iodio in un ambiente acido viene ossidato ad acido iodico HIO 3 , anidride solforosa - ad acido solforico, ecc.Insolitamente, il sale potassio-sodio dell'acido tartarico (sale di Rochelle) viene ossidato in presenza di cloruro di cobalto come catalizzatore. Durante la reazione KOOC(CHOH)
2 COONa + 5H 2 O 2 ® KHCO 3 + NaHCO 3 + 6H 2 O + 2CO 2 rosa CoCl 2 vira al verde per la formazione di un composto complesso con il tartrato, un anione dell'acido tartarico. Man mano che la reazione procede e il tartrato viene ossidato, il complesso viene distrutto e il catalizzatore torna rosa. Se, al posto del cloruro di cobalto, viene utilizzato come catalizzatore solfato di rame, il composto intermedio, a seconda del rapporto dei reagenti iniziali, sarà colorato di arancione o colore verde. Dopo la fine della reazione, viene ripristinato il colore blu del solfato di rame.Il perossido di idrogeno reagisce in modo completamente diverso in presenza di forti agenti ossidanti, nonché di sostanze che liberano facilmente ossigeno. In questi casi, N
2 O 2 può agire anche come agente riducente con la contemporanea evoluzione di ossigeno (la cosiddetta decomposizione riduttiva di H 2 O 2 ), ad esempio: 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 . Quest'ultima reazione è interessante in quanto produce molecole di ossigeno eccitate che emettono fluorescenza arancione ( centimetro. CLORO ATTIVO). Allo stesso modo, l'oro metallico viene isolato da soluzioni di sali d'oro, il mercurio metallico viene ottenuto dall'ossido di mercurio, ecc. Una proprietà così insolita 2 O 2 permette, ad esempio, di effettuare l'ossidazione dell'esacianoferrato di potassio(II), e quindi, variando le condizioni, di riportare il prodotto di reazione al composto di partenza utilizzando lo stesso reagente. La prima reazione avviene in un ambiente acido, la seconda - in un alcalino:2K 4 + H 2 O 2 + H 2 SO 4® 2K 3 + K 2 SO 4 + 2 H 2 O;2K 3 + H 2 O 2 + 2KOH
® 2K 4 + 2H 2 O + O 2 .("Doppio carattere" H 2 O 2 ha permesso a un insegnante di chimica di confrontare il perossido di idrogeno con l'eroe della storia del famoso scrittore inglese Stevenson Lo strano caso del dottor Jekyll e del signor Hyde, sotto l'influenza della composizione da lui inventata, potrebbe cambiare drasticamente il suo carattere, trasformandosi da rispettabile gentiluomo in un maniaco assetato di sangue.)Ottenere H 2 O 2. Molecole di H 2 O 2 ottenuto sempre in piccole quantità durante la combustione e l'ossidazione di vari composti. Quando si brucia H 2 O 2 si forma quando gli atomi di idrogeno vengono estratti dai composti di partenza da radicali idroperossidici intermedi, ad esempio: H O 2 . + CH 4 ® H 2 O 2 + CH 3 . , o come risultato della ricombinazione di radicali liberi attivi: 2OH. ® H 2 O 2, N. + NO 2 . ® H 2 O 2 . Ad esempio, se una fiamma ossidrica viene diretta su un pezzo di ghiaccio, l'acqua sciolta conterrà quantità apprezzabili di H 2 O 2 , formatosi a seguito della ricombinazione dei radicali liberi (nella fiamma della molecola H 2 O 2 disintegrarsi immediatamente). Un risultato simile si ottiene con la combustione di altri gas. Istruzione H 2 O 2 può verificarsi anche a basse temperature come risultato di vari processi redox.Nell'industria, il perossido di idrogeno non è stato ottenuto da molto tempo con il metodo Tenar - dal perossido di bario, ma viene utilizzato di più metodi moderni. Uno di questi è l'elettrolisi delle soluzioni di acido solforico. Allo stesso tempo, gli ioni solfato vengono ossidati all'anodo in ioni sovrasolfato: 2SO
4 2– – 2e ® S 2 O 8 2– . L'acido persolforico viene quindi idrolizzato: H 2 S 2 O 8 + 2H 2 O ® H 2 O 2 + 2H 2 SO 4. Al catodo, come al solito, viene rilasciato idrogeno, così che la reazione complessiva è descritta dall'equazione 2H 2 O ® H 2 O 2 + H 2 . Ma il principale metodo moderno (oltre l'80% della produzione mondiale) è l'ossidazione di alcuni composti organici, ad esempio, etilantraidrochinone, con ossigeno atmosferico in un solvente organico, mentre H 2 O 2 e il corrispondente antrachinone, che viene poi nuovamente ridotto con idrogeno su un catalizzatore ad antraidrochinone. Il perossido di idrogeno viene rimosso dalla miscela con acqua e concentrato per distillazione. Una reazione simile si verifica anche quando si utilizza alcol isopropilico (si procede con la formazione intermedia di idroperossido): (CH 3) 2 CHOH + O 2 ® (CH 3) 2 C (UN) OH ® (CH 3) 2 CO + H 2 O 2 . Se necessario, l'acetone risultante può anche essere ridotto ad alcol isopropilico.L'uso di H 2 O 2. Il perossido di idrogeno è ampiamente utilizzato e la sua produzione mondiale ammonta a centinaia di migliaia di tonnellate all'anno. Viene utilizzato per ottenere perossidi inorganici, come ossidante per combustibili per razzi, in sintesi organica, per sbiancare oli, grassi, tessuti, carta, per pulire materiali semiconduttori, per estrarre metalli preziosi dai minerali (ad esempio, l'uranio convertendo la sua forma insolubile in uno solubile), per la neutralizzazione Acque reflue. In medicina, le soluzioni di H 2 O 2 utilizzato per il risciacquo e la lubrificazione nelle malattie infiammatorie delle mucose (stomatite, tonsillite), per il trattamento delle ferite purulente. Nelle custodie per lenti a contatto, a volte nel coperchio viene posta una quantità molto piccola di catalizzatore di platino. Le lenti per la loro disinfezione vengono versate in un astuccio con una soluzione al 3% di H 2 O 2 , ma poiché questa soluzione è dannosa per gli occhi, l'astuccio si capovolge dopo un po'. In questo caso, il catalizzatore nel coperchio decompone rapidamente H 2 O 2 per acqua pulita e ossigeno.Una volta era di moda decolorare i capelli con il "perossido", ora ci sono formulazioni più sicure per la colorazione dei capelli.
In presenza di alcuni sali, il perossido di idrogeno forma una specie di "concentrato" solido, più comodo da trasportare e utilizzare. Quindi, se H
2 O 2 in presenza si formano via via grandi cristalli trasparenti di sodio perossoborato Na 2 [(BO 2) 2 (OH) 4 ]. Questa sostanza è ampiamente utilizzata per il candeggio dei tessuti e come componente dei detersivi. Molecole H 2 O 2 , come le molecole d'acqua, sono in grado di penetrare nella struttura cristallina dei sali, formando una sorta di idrati cristallini - perossiidrati, ad esempio K 2 CO 3 3 H 2 O 2, Na 2 CO 3 1,5 H 2 O; quest'ultimo composto è comunemente noto come "persol".La cosiddetta "idroperite" CO(NH
2) 2 H 2 O 2 è un clatrato - un composto di inclusione di molecole H 2 O 2 nel vuoto reticolo cristallino urea.A chimica analitica Il perossido di idrogeno può essere utilizzato per rilevare determinati metalli. Ad esempio, se il perossido di idrogeno viene aggiunto a una soluzione di sale di titanio (IV) - solfato di titanile, la soluzione diventa arancione brillante a causa della formazione di acido pertitanico:
TiOSO 4 + H 2 SO 4 + H 2 O 2 ® H 2 + H 2 O.Ione molibdato incolore MoO 4 2– ossidato da H 2 O 2 in un anione perossido di colore arancione intenso. Soluzione acidificata di dicromato di potassio in presenza di H 2 O 2 forma acido percromico: K2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 + 5 H 2 O 2® H 2 Cr 2 O 12 + K 2 SO 4 + 5 H 2O, che si decompone abbastanza rapidamente: H 2 Cr 2 O 12 + 3H 2 SO 4 ® Cr 2 (SO 4) 3 + 4H 2 O + 4O 2. Se aggiungi queste due equazioni, ottieni la reazione per ridurre il dicromato di potassio con perossido di idrogeno: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.L'acido percromico può essere estratto da una soluzione acquosa con etere (è molto più stabile in una soluzione di etere che in acqua). Lo strato etereo è dipinto in un colore blu intenso.Ilya Leenson
LETTERATURA Dolgoplosk BA, Tinyakova E.I. Generazione e reazioni di radicali liberi. M., Chimica, 1982Chimica e tecnologia del perossido di idrogeno. L., Chimica, 1984
L'acqua (ossido di idrogeno) è un composto inorganico binario con la formula chimica H 2 O. La molecola d'acqua è costituita da due atomi di idrogeno e un ossigeno, che sono interconnessi da un legame covalente.
Perossido di idrogeno.
Proprietà fisiche e chimiche
Fisico e Proprietà chimiche le acque sono determinate dalla struttura chimica, elettronica e spaziale delle molecole di H 2 O.
Gli atomi di H e O nella molecola di H 2 0 sono nei loro stati di ossidazione stabili, rispettivamente +1 e -2; pertanto, l'acqua non presenta proprietà ossidanti o riducenti pronunciate. Nota: negli idruri metallici, l'idrogeno è nello stato di ossidazione -1.
La molecola H 2 O ha una struttura angolare. Obbligazioni HO molto polare. C'è una carica negativa in eccesso sull'atomo di O e una carica positiva in eccesso sugli atomi di H. In generale, la molecola di H 2 O è polare, cioè dipolo. Questo spiega il fatto che l'acqua è un buon solvente per sostanze ioniche e polari.
La presenza di cariche in eccesso sugli atomi di H e O, nonché di coppie di elettroni non condivisi negli atomi di O, provoca la formazione di legami idrogeno tra le molecole d'acqua, a seguito dei quali vengono combinati in associati. L'esistenza di questi soci spiega i valori anormalmente elevati di mp. ecc. acqua.
Insieme alla formazione di legami idrogeno, il risultato dell'influenza reciproca delle molecole di H 2 O l'una sull'altra è la loro autoionizzazione:
in una molecola c'è una rottura eterolitica del polare Connessioni ON e il protone rilasciato si unisce all'atomo di ossigeno di un'altra molecola. Lo ione idroxonio risultante H 3 O + è essenzialmente uno ione idrogeno idratato H + H 2 O, pertanto l'equazione di autoionizzazione dell'acqua è semplificata come segue:
H 2 O ↔ H + + OH -
La costante di dissociazione dell'acqua è estremamente piccola:
Ciò indica che l'acqua si dissocia molto leggermente in ioni e quindi la concentrazione di molecole di H 2 O non dissociate è quasi costante:
In acqua pura, [H + ] = [OH - ] = 10 -7 mol / l. Ciò significa che l'acqua è un elettrolita anfotero molto debole che non mostra proprietà acide né basiche in misura notevole.
Tuttavia, l'acqua ha un forte effetto ionizzante sugli elettroliti disciolti in essa. Sotto l'azione dei dipoli d'acqua, polari legami covalenti nelle molecole le sostanze disciolte vengono convertite in ioniche, gli ioni vengono idratati, i legami tra di loro si indeboliscono, con conseguente dissociazione elettrolitica. Per esempio:
HCl + H 2 O - H 3 O + + Cl -
(elettrolita forte)
(o esclusa idratazione: HCl → H + + Cl -)
CH 3 COOH + H 2 O ↔ CH 3 COO - + H + (elettrolita debole)
(o CH 3 COOH ↔ CH 3 COO - + H +)
Secondo la teoria degli acidi e delle basi di Bronsted-Lowry, in questi processi l'acqua presenta le proprietà di una base (accettore di protoni). Secondo la stessa teoria, l'acqua agisce come un acido (donatore di protoni) nelle reazioni, ad esempio, con ammoniaca e ammine:
NH 3 + H 2 O ↔ NH 4 + + OH -
CH 3 NH 2 + H 2 O ↔ CH 3 NH 3 + + OH -
Reazioni redox che coinvolgono l'acqua
I. Reazioni in cui l'acqua svolge il ruolo di agente ossidante
Queste reazioni sono possibili solo con forti agenti riducenti, che sono in grado di ridurre gli ioni idrogeno che fanno parte delle molecole d'acqua per liberare idrogeno.
1) Interazione con i metalli
a) In condizioni normali, H 2 O interagisce solo con alcali. e alcalino-terrosi. metalli:
2Na + 2H + 2 O \u003d 2NaOH + H 0 2
Ca + 2H + 2 O \u003d Ca (OH) 2 + H 0 2
b) Ad alte temperature, H 2 O reagisce anche con altri metalli, ad esempio:
Mg + 2H + 2 O \u003d Mg (OH) 2 + H 0 2
3Fe + 4H + 2 O \u003d Fe 2 O 4 + 4H 0 2
c) Al e Zn spostano H 2 dall'acqua in presenza di alcali:
2Al + 6H + 2 O + 2NaOH \u003d 2Na + 3H 0 2
2) Interazione con non metalli a basso EO (le reazioni si verificano in condizioni difficili)
C + H + 2 O \u003d CO + H 0 2 ("gas d'acqua")
2P + 6H + 2 O \u003d 2HPO 3 + 5H 0 2
In presenza di alcali, il silicio sposta l'idrogeno dall'acqua:
Si + H + 2 O + 2NaOH \u003d Na 2 SiO 3 + 2H 0 2
3) Interazione con idruri metallici
NaH + H + 2 O \u003d NaOH + H 0 2
CaH 2 + 2H + 2 O \u003d Ca (OH) 2 + 2H 0 2
4) Interazione con monossido di carbonio e metano
CO + H + 2 O \u003d CO 2 + H 0 2
2CH 4 + O 2 + 2H + 2 O \u003d 2CO 2 + 6H 0 2
Le reazioni sono utilizzate nell'industria per produrre idrogeno.
II. Reazioni in cui l'acqua agisce come agente riducente
Queste reazioni sono possibili solo con agenti ossidanti molto forti che sono in grado di ossidare l'ossigeno CO CO -2, che fa parte dell'acqua, per liberare ossigeno O 2 o per anioni perossido 2-. In un caso eccezionale (in reazione con F 2), si forma ossigeno con c o. +2.
1) Interazione con il fluoro
2F 2 + 2H 2 O -2 \u003d O 0 2 + 4HF
2F 2 + H 2 O -2 \u003d O +2 F 2 + 2HF
2) Interazione con l'ossigeno atomico
H 2 O -2 + O \u003d H 2 O - 2
3) Interazione con il cloro
Ad alta T, si verifica una reazione reversibile
2Cl 2 + 2H 2 O -2 \u003d O 0 2 + 4HCl
III. Reazioni di ossidazione intramolecolare - riduzione dell'acqua.
Sotto l'influenza corrente elettrica o ad alta temperatura, l'acqua può essere decomposta in idrogeno e ossigeno:
2H + 2 O -2 \u003d 2H 0 2 + O 0 2
La decomposizione termica è un processo reversibile; il grado di decomposizione termica dell'acqua è basso.
Reazioni di idratazione
I. Idratazione degli ioni. Gli ioni formati durante la dissociazione degli elettroliti in soluzioni acquose attaccano un certo numero di molecole d'acqua ed esistono sotto forma di ioni idratati. Alcuni ioni formano legami così forti con le molecole d'acqua che i loro idrati possono esistere non solo in soluzione, ma anche allo stato solido. Questo spiega la formazione di idrati cristallini come CuSO4 5H 2 O, FeSO 4 7H 2 O, ecc., nonché di acqua complessi: CI 3 , Br 4 , ecc.
II. Idratazione degli ossidi
III. Idratazione di composti organici contenenti legami multipli
Reazioni di idrolisi
I. Idrolisi dei sali
Idrolisi reversibile:
a) secondo il catione sale
Fe 3+ + H 2 O \u003d FeOH 2+ + H +; (ambiente acido. pH
b) dall'anione del sale
CO 3 2- + H 2 O \u003d HCO 3 - + OH -; (ambiente alcalino. pH > 7)
c) dal catione e dall'anione del sale
NH 4 + + CH 3 COO - + H 2 O \u003d NH 4 OH + CH 3 COOH (ambiente vicino al neutro)
Idrolisi irreversibile:
Al 2 S 3 + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 ↓ + 3H 2 S
II. Idrolisi dei carburi metallici
Al 4 C 3 + 12H 2 O \u003d 4Al (OH) 3 ↓ + 3CH 4 netano
CaC 2 + 2H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + C 2 H 2 acetilene
III. Idrolisi di siliciuri, nitruri, fosfuri
Mg 2 Si + 4H 2 O \u003d 2Mg (OH) 2 ↓ + SiH 4 silano
Ca 3 N 2 + 6H 2 O \u003d ZCa (OH) 2 + 2NH 3 ammoniaca
Cu 3 P 2 + 6H 2 O \u003d ZCu (OH) 2 + 2PH 3 fosfina
IV. Idrolisi degli alogeni
Cl 2 + H 2 O \u003d HCl + HClO
Br 2 + H 2 O \u003d HBr + HBrO
V. Idrolisi dei composti organici
Classi di sostanze organiche |
Prodotti di idrolisi (biologico) |
Alogenalcani (alogenuri alchilici) |
|
alogenuri arilici |
|
Dialoalcani |
Aldeidi o chetoni |
Alcoolati metallici |
|
Alogenuri di acido carbossilico |
acidi carbossilici |
Anidridi degli acidi carbossilici |
acidi carbossilici |
Esteri degli acidi carbossilici |
Acidi carbossilici e alcoli |
Glicerina e acidi carbossilici superiori |
|
Di- e polisaccaridi |
Monosaccaridi |
Peptidi e proteine |
α-amminoacidi |
Acidi nucleici |
|
2Н2 + О2 ––> 2Н2О
le concentrazioni di idrogeno, ossigeno e acqua variano in misura variabile: ΔС(Н2) = ΔС(Н2О) = 2 ΔС(О2).
Velocità reazione chimica dipende da molti fattori: la natura dei reagenti, la loro concentrazione, la temperatura, la natura del solvente, ecc.
2.1.1 Equazione cinetica di una reazione chimica. Ordine di reazione.
Uno dei compiti che deve affrontare la cinetica chimica è determinare la composizione della miscela di reazione (cioè le concentrazioni di tutti i reagenti) in qualsiasi momento, per cui è necessario conoscere la dipendenza della velocità di reazione dalle concentrazioni. In generale, maggiore è la concentrazione dei reagenti, maggiore è la velocità della reazione chimica. La base della cinetica chimica è la cosiddetta. postulato di base della cinetica chimica:
La velocità di una reazione chimica è direttamente proporzionale al prodotto delle concentrazioni dei reagenti, prese in una certa misura.
cioè per la reazione
aA + bB + dD + . ––> eE + .
si può scrivere:
Il coefficiente di proporzionalità k è la costante di velocità di una reazione chimica. La costante di velocità è numericamente uguale alla velocità di reazione a concentrazioni di tutti i reagenti pari a 1 mol/L.
La dipendenza della velocità di reazione dalle concentrazioni dei reagenti è determinata sperimentalmente ed è chiamata equazione cinetica di una reazione chimica. È ovvio che per scrivere l'equazione cinetica è necessario determinare sperimentalmente il valore della costante di velocità e gli esponenti alle concentrazioni dei reagenti. L'esponente alla concentrazione di ciascuna delle sostanze reagenti nell'equazione cinetica di una reazione chimica (nell'equazione (II.4) rispettivamente x, yez) è un ordine particolare della reazione per questo componente. La somma degli esponenti nell'equazione cinetica per una reazione chimica (x + y + z) rappresenta l'ordine complessivo della reazione. Va sottolineato che l'ordine di reazione è determinato solo da dati sperimentali e non è correlato ai coefficienti stechiometrici dei reagenti nell'equazione di reazione. L'equazione di reazione stechiometrica è un'equazione di bilancio materiale e non può in alcun modo determinare la natura del corso di questa reazione nel tempo.
Nella cinetica chimica, è consuetudine classificare le reazioni in base alla grandezza ordine generale reazioni. Consideriamo la dipendenza della concentrazione dei reagenti dal tempo per reazioni irreversibili (unidirezionali) di ordine zero, primo e secondo.
2.1.2 Reazioni di ordine zero
Per le reazioni di ordine zero, l'equazione cinetica ha la seguente forma:
La velocità di una reazione di ordine zero è costante nel tempo e non dipende dalle concentrazioni dei reagenti; questo è caratteristico di molte reazioni eterogenee (che si verificano all'interfaccia) nel caso in cui la velocità di diffusione dei reagenti sulla superficie sia inferiore alla velocità della loro trasformazione chimica.
2.1.3 Reazioni del primo ordine
Consideriamo la dipendenza dal tempo della concentrazione della sostanza iniziale A per il caso di una reazione del primo ordine A --> B. Le reazioni del primo ordine sono caratterizzate da un'equazione cinetica della forma (II.6). Sostituiamo l'espressione (II.2) in essa:
(II.7)
Dopo aver integrato l'espressione (II.7), otteniamo:
La costante di integrazione g è determinata da condizioni iniziali: al tempo t = 0, la concentrazione C è uguale alla concentrazione iniziale Co. Ne consegue che g = ln Co. Noi abbiamo:
Riso. 2.3 La dipendenza del logaritmo della concentrazione dal tempo per reazioni del primo ordine
Pertanto, il logaritmo della concentrazione per una reazione del primo ordine dipende linearmente dal tempo (Fig. 2.3) e la costante di velocità è numericamente uguale alla tangente della pendenza della retta all'asse del tempo.
Dall'equazione (II.9), è facile ottenere un'espressione per la costante di velocità di una reazione unidirezionale del primo ordine:
Un'altra caratteristica cinetica della reazione è l'emivita t1 / 2 - il tempo durante il quale la concentrazione della sostanza di partenza viene dimezzata rispetto all'originale. Esprimiamo t1/2 per la reazione del primo ordine, considerando che С = ½Сo:
(II.12)
Come si evince dall'espressione ottenuta, l'emivita della reazione del primo ordine non dipende dalla concentrazione iniziale del materiale di partenza.
2.1.4 Reazioni del secondo ordine
Per le reazioni del secondo ordine, l'equazione cinetica ha la seguente forma:
Consideriamo il caso più semplice, quando l'equazione cinetica ha la forma (II.14) o, che è la stessa, nell'equazione della forma (II.15) le concentrazioni delle sostanze iniziali sono le stesse; l'equazione (II.14) in questo caso può essere riscritta come segue:
(II.16)
Dopo la separazione delle variabili e l'integrazione, otteniamo:
La costante di integrazione g, come nel caso precedente, è determinata dalle condizioni iniziali. Noi abbiamo:
Pertanto, per reazioni del secondo ordine, aventi un'equazione cinetica della forma (II.14), è caratteristico dipendenza lineare concentrazione reciproca dal tempo (Fig. 2.4) e la costante di velocità è uguale alla tangente della pendenza della retta all'asse del tempo:
(II.20)
Riso. 2.4 Concentrazione reciproca rispetto al tempo per reazioni del secondo ordine
Se le concentrazioni iniziali dei reagenti Co,A e Co,B sono diverse, allora la costante di velocità di reazione si trova integrando l'equazione (II.21), in cui CA e CB sono le concentrazioni dei reagenti all'istante t dall'inizio della reazione:
(II.21)
In questo caso, per la costante di velocità, otteniamo l'espressione
§3. Equazione di reazione e come scriverla
Interazione idrogeno Insieme a ossigeno, come ha stabilito Sir Henry Cavendish, porta alla formazione dell'acqua. Usiamo questo semplice esempio per imparare a scrivere equazioni di reazioni chimiche.
Da cosa viene idrogeno e ossigeno, sappiamo già:
H 2 + O 2 → H 2 O
Ora prendiamo in considerazione che gli atomi elementi chimici nelle reazioni chimiche non scompaiono e non appaiono dal nulla, non si trasformano l'uno nell'altro, ma combinare in nuove combinazioni per formare nuove molecole. Ciò significa che nell'equazione della reazione chimica degli atomi di ogni tipo deve esserci lo stesso numero prima reazioni ( sinistra dal segno uguale) e dopo la fine della reazione ( sulla destra dal segno uguale), in questo modo:
2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O
Ecco cos'è equazione di reazione - registrazione condizionale di una reazione chimica in corso utilizzando formule di sostanze e coefficienti.
Ciò significa che nella reazione di cui sopra due talpe idrogeno dovrebbe reagire con di una talpa ossigeno, e il risultato sarà due talpe acqua.
Interazione idrogeno Insieme a ossigeno- non è affatto un processo semplice. Porta ad un cambiamento negli stati di ossidazione di questi elementi. Per selezionare i coefficienti in tali equazioni, si usa solitamente il metodo " saldo elettronico".
Quando l'acqua è formata da idrogeno e ossigeno, questo significa idrogeno ha cambiato il suo stato di ossidazione da 0 prima +I, un ossigeno- da 0 prima −II. Allo stesso tempo, diversi (n) elettroni:
Gli elettroni donatori di idrogeno servono qui agente riducente e elettroni che accettano ossigeno - agente ossidante.
Agenti ossidanti e riducenti
Ora vediamo come appaiono separatamente i processi di dare e ricevere elettroni. Idrogeno, dopo aver incontrato il "rapinatore" - l'ossigeno, perde tutte le sue proprietà - due elettroni e il suo stato di ossidazione diventa uguale a +I:
H 2 0 - 2 e− = 2Н + I
Accaduto equazione della semireazione di ossidazione idrogeno.
E il bandito ossigeno Circa 2, dopo aver preso gli ultimi elettroni dallo sfortunato idrogeno, è molto soddisfatto del suo nuovo stato di ossidazione -II:
O 2 + 4 e− = 2O − II
esso equazione della semireazione di riduzione ossigeno.
Resta da aggiungere che sia il "bandito" che la sua "vittima" hanno perso la loro identità chimica e da sostanze semplici - gas con molecole biatomiche H 2 e Circa 2 trasformati in componenti di una nuova sostanza chimica - acqua H2O.
Inoltre, discuteremo come segue: quanti elettroni ha dato il riducente al bandito ossidante, cioè quanto ha ricevuto. Il numero di elettroni donati dall'agente riducente deve essere uguale al numero di elettroni accettati dall'agente ossidante..
Quindi hai bisogno equalizzare il numero di elettroni nella prima e nella seconda semireazione. In chimica, è accettata la seguente forma condizionale di scrittura delle equazioni delle semireazioni:
2 H 2 0 - 2 e− = 2Н + I |
|
1 O 2 0 + 4 e− = 2O − II |
Qui, i numeri 2 e 1 a sinistra della parentesi graffa sono fattori che aiuteranno a garantire che il numero di elettroni dati e ricevuti sia uguale. Prendiamo in considerazione che nelle equazioni delle semireazioni vengono dati 2 elettroni e vengono accettati 4. Per equalizzare il numero di elettroni ricevuti e dati, si trovano il minimo comune multiplo e i fattori aggiuntivi. Nel nostro caso, il minimo comune multiplo è 4. Ulteriori fattori saranno 2 per l'idrogeno (4: 2 = 2) e per l'ossigeno - 1 (4: 4 = 1)
I moltiplicatori risultanti serviranno come coefficienti della futura equazione di reazione:
2H 2 0 + O 2 0 \u003d 2H 2 + I O -II
Idrogeno ossidato non solo quando ci si incontra ossigeno. Approssimativamente lo stesso effetto sull'idrogeno e fluoro F2, alogeno e il famoso "rapinatore", e apparentemente innocuo azoto N 2:
H 2 0 + F 2 0 = 2H + IO F −I |
3H 2 0 + N 2 0 \u003d 2N -III H 3 + I |
Questo risulta in fluoruro di idrogeno HF o ammoniaca NH3.
In entrambi i composti, lo stato di ossidazione idrogeno diventa uguale +I, perché trova partner nella molecola "avida" per il bene elettronico di qualcun altro, con un'elevata elettronegatività - fluoro F e azoto N. In azoto il valore dell'elettronegatività è considerato uguale a tre unità convenzionali, e y fluoro in generale, l'elettronegatività più alta tra tutti gli elementi chimici è di quattro unità. Quindi non c'è da meravigliarsi se lasciano il povero atomo di idrogeno senza alcun ambiente elettronico.
Ma idrogeno può essere ristabilire- accetta elettroni. Questo accade se nella reazione con esso parteciperà metalli alcalini o calcio, che hanno meno elettronegatività dell'idrogeno.