При действии кислот протекают те же самые реакции:
Na2+[O2]2– + H2+SO42– → H2+[O2]2– + Na2+SO42–, (5)
K2+[O4]2– + H2+SO42– → H2+[O2]2– + O2 + K2+SO42– (6)
Все пероксиды взаимодействуют с углекислым газом, выделяя кислород:
2Na2O2 + 2CO2↑ = 2Na2CO3 + O2 ↑. (7)
Во всех пероксидных соединениях, как простых, так и комплексных (известных в настоящее время для полусотни элементов), степень окисления образующего их элемента является максимальной и равна номеру группы, к которой относится этот элемент [3].
1.4 Окислительно-восстановительные свойства пероксидов
Пероксиды щелочных металлов могут быть окислителями и восстановителями. Окислительные свойства обуславливаются наличием в них пероксидного иона [O2]2–, способного принимать электроны.
Чаще протекают реакции, сопровождающиеся разрушением связи О–О или изменением заряда иона О22– Можно считать, что О22–-радикал присоединяет или теряет электроны: О22– + 2 e– = 2О-2 – окислитель, О22– – 2 e– = О2 – восстановитель.
В первом случае пероксиды проявляют окислительные свойства, во втором восстановительные. Например:
2KI + Na2O2 + 2H2SO4 = I2 + Na2SO4 + K2SO4 + 2H2O, (8)
Окислитель
2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 5O2 + K2SO4 + 8H2O. (9)
Восстановитель
Окислительные свойства пероксидов выражены сильнее, чем восстановительные:
H2O2 + 2H+ + 2e– = 2H2O, E0298 = 1,77 в,
H2O2 – 2e– = O2 + 2H+, E0298 = 0,68 в.
Так как пероксиды проявляют окислительные и восстановительные свойства, то в соответствующих условиях они подвергаются реакции диспропорционирования:
Li2+[O2]2– + Li2+[O2]2– → O2 + 2Li2+O2– (10)
Однако реакция диспропорционирования не протекает при обыкновенной температуре, если пероксид сохраняется в сухом месте в плотно закрытом сосуде. Это объясняется тем, что во влажном воздухе или в водном растворе пероксид как соль слабой кислоты подвергается гидролизу и при этом образуется перекись водорода, которая термически непрочна. Молекулы ее находятся не в одинаковом энергетическом состоянии, и поэтому между ними наступает реакция диспропорционирования [3].
1.5 Пероксид водорода и его свойства
Из пероксидов наибольшее практическое значение имеет пероксид водорода H2O2.
Энергия связи О–О (210 кДж/моль) почти в два раза меньше энергии связи O–H (468 кДж/моль).
Из-за несимметричного распределения связей H–O молекула H2O2 сильно полярна (µ = 2,1 D). Между молекулами H2O2 возникает довольно прочная водородная связь, вызывающая их ассоциацию. Поэтому в обычных условиях пероксид водорода – бледно-голубая сиропообразная жидкость (плотность 1,44) с довольно высокой температурой кипения (150,2ºС) и хорошей ионизирующий растворитель. При – 0,43ºС пероксид водорода замерзает. С водой смешивается в любых отношениях благодаря возникновению новых водородных связей. Из растворов выделяется в виде неустойчивого кристаллогидрата H2O2·2H2O (температура плавления – 52ºС). В лаборатории обычно используются 3- и 30%-е растворы H2O2 (последний называют пергидролем).
В водных растворах пероксид водорода – слабая кислота (Киониз = 2,24·10–12):
H2O··· H2O2 ↔ OH3+ + HO2– (11)
гидропероксид-ион
В химических реакциях пероксид – радикал может, не изменяясь, переходить в другие соединения, например:
H2O2 + 2NaOH = Na2O2 + 2H2O, (12)
BaO2 + H2SO4 = BaSO4 + H2O2. (13)
Последняя реакция используется для получения пероксида водорода [5].
1.6 Пероксид натрия Na2O2
Пероксид натрия Na2O2 – одно из пероксидных соединений натрия, характеризующееся наличием молекулярного иона O22–; содержание активного кислорода составляет 20,5 вес %. Чистая натрия пероксид – белый порошок; технический порошок имеет слабожелтую окраску, обусловленную примесью надпероксида натрия NaO2. Решетка Na2O2 гексагональная (искаженная); плотность 2,60. Существует в трех модификациях: Q – Na2O2, устойчива при температуре жидкого воздуха, Na2O2 (I), устойчива до 512±1°С и Na2O2 (II), устойчива выше этой температуры. Пероксид натрия диомагнитен.
При нагревании пероксида натрия при 311–400°С наблюдается некоторая потеря активного кислорода, бурное разложение начинается при 540°С. Плавится пероксид натрия выше 596°С и полностью отдает свой активный кислород при 675°С. Растворяется в воде. При этом образуются NaOH, H2O2 и выделяется некоторое количество кислорода, т.к. щелочная среда и повышенная температура способствуют разложению H2O2. С разбавленными кислотами пероксид натрия реагирует с образованием соответствующих солей и пероксида водорода. Энергично реагирует с кислородом, серой, натрием, моно- и диоксидом углерода. Известны молекулярные соединения пероксида натрия с водой (октагидрат Na2O2×8H2O), с пероксидом водорода (дипероксигидрат Na2O2×2H2O2) и с водой и пероксидом водорода (тетрагидрат дипероксигидрата Na2O2×2H2O2×4H2O). С влагой и углекислым газом воздуха пероксид натрия реагирует с образованием NaOH, Na2CO3 и с выделением кислорода. На этом основано его применение для регенерации воздуха в закрытых помещениях.
Пероксид натрия получают окислением расплавленного на противнях металлического натрия в противотоке очищенного от CO2 и высушенного воздуха или форсуночных аппаратах. Для получения высококачественного пероксида натрия рекомендуется восстанавливать пероксид натрия, полученный окислением металла, до окиси путем нагревания при 130–200°С с небольшими порциями металлического натрия в инертной атмосфере, увлажненной парами воды, а полученный таким образом оксид окислять до пероксида во вращающихся печах при 250–400°С. Полученный продукт содержит 96–98% Na2O2. Поскольку пероксид натрия весьма агрессивен по отношению к металлам, при его получении пользуются обычно реакторами из никелевых сплавов, покрытых графитом, и мешалками из циркония.
Пероксид натрия производят в значительных количествах. Применяют в основном для отбеливания хлопчатобумажных, льняных и шерстяных тканей, джутовых материалов. Широко используют для отбелки древесной массы – механической пульпы (молотой древесины), сульфатной и сульфитной пульпы, пульпы из старой бумаги и полухимической пульпы, а также вискозной массы, соломы и прочих материалов. В герметически закрытой таре пероксид натрия не подвержен разложению даже при продолжительном хранении. Сосуды с пероксидом натрия следует хранить в прохладном месте, вдалеке от воспламеняющихся материалов. Сам по себе пероксид натрия не воспламеняется, но огнеопасен при соприкосновении с органическими веществами, например деревом, маслом, бумагой или восстановителями в присутствии влаги [6].
Он употребляется для отбелки различных материалов (соломы, шелка, костей, шерсти и др.) и для изготовления противогазов, а также при подводных работах, в подводных лодках и т.п.
Применение пероксида натрия в последних случаях основано на процесс взаимодействия между пероксидом и двуокисью углерода:
Na2+[O2]2– + CO2 = Na2+CO32– + O2. (14)
Выдыхаемый легкими углекислый газ поглощается с одновременным выделением газообразного кислорода. Последний снова может служить для дыхания [3].
1.7 Применение
Растворы пероксида водорода широко используются для отбеливания тканей и шерсти, соломы, перьев. Разлагая красящие вещества (пигменты), пероксид водорода не разрушает отбеливаемый материал. В медицине он используется как дезинфицирующее и кровоостанавливающее средство.
В агрохимических и почвенных лабораториях пероксид водорода используют для озоления образцов почвы или растительного материала. Концентрированный пероксид водорода в смеси с горючими материалами служит для изготовления взрывчатых составов[1].
В химической практике он применяется как окислитель, «не пачкающий» растворы продуктами восстановления, так как при этом получается только вода [7].
Практическое применение имеет в основном BaO2 (для получения H2O2, в органическом синтезе, в пиротехнике, для покрытия термоионных катодов). В меньшей степени применяют пероксид кальция (в хлебопечении, вулканизации бутилкаучука), пероксид стронция (в пиротехнике), гидратные формы пероксидов магния и цинка (в медицине) [2].
2. Экспериментальная часть
2.1 Приборы и реактивы
· Мерные колбы на 50 мл;
· Пробирка;
· Весы;
· Насыщенный раствор гидроксида натрия;
· Раствор пероксида водорода, 42%.
2.2 Расчёты
Рассчитаем сколько нужно взять исходных веществ для получения 10 г. пероксида натрия.
Вычисление производим по реакции:
2NaOH + H2O2 = Na2O2 + 2H2O. (15)
Дано: m (Na2O2) = 10 гр.;
М (Na2O2) = 78 г./моль;
М (NaOH) = 40 г./моль;
М (H2O2) = 34 г./моль;
а) Рассчитаем сколько моль составляет 10 г. пероксида натрия:
n (Na2O2) = 10 г. / 78 г./моль = 0,13 моль.
б) Рассчитаем массу исходных веществ:
m (NaOH) = 2 моль*40 г./моль * 0,13 моль = 10,4 г.
m (H2O2) = 34 г./моль * 0,13 моль = 4,4 г.