Влияние добавок на устойчивость пероксида водорода в водных растворах (стр. 1 из 2)
Государственное учреждение образования
«ДОВСКАЯ ГИМНАЗИЯ»
Учебно-исследовательская работа
«Влияние добавок на устойчивость пероксида водорода в водных растворах»
Довск
 |
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Основная часть
Пероксид водорода
Экспериментальная часть
Заключение и выводы
Список источников и литературы
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время пероксид водорода H2O2 находит широкое применение, особенно в медицине, где его используют в качестве:
- антисептика в концентрации 3%;
- стерилизующего агента в концентрации 6%;
- дезинфицирующего средства;
- кровоостанавливающего средства.
Растворы пероксида водорода (ПВ) незаменимы в процессах лечения и ухода за новорожденными детьми, так как являются безвредными и при воздействии на поврежденные ткани из ПВ образуются нетоксические вещества – вода и кислород. Очень важным является отсутствие раздражающего действия у препарата.
Водные растворы пероксида водорода (с добавками моющих средств) используются в качестве моюще-дезинфицирующих средств в аптечных, клинических, детских дошкольных и других учреждениях. Однако широкое их применение сдерживается низкой стабильностью: при добавлении моющих средств к раствору ПВ, последний разрушается и быстро теряет «активный» кислород. По этой причине рабочие растворы моюще-дезинфицирующих средств на основе H2O2 на данный момент готовят непосредственно перед применением, а срок их хранения составляет всего несколько часов, что приводит к необходимости их стабилизации. Поэтому является актуальным поиск веществ, которые бы не катализировали разложение H2O2, способствовали усилению терапевтического действия и были бы безвредными для человека.
Представляет интерес изучение влияния некоторых поверхностно-активных веществ (ПАВ), в частности твина-80, на процесс разложения пероксида водорода.
Цель работы: организовать исследовательскую деятельность по изучению влияния веществ на процесс разложения пероксида водорода.
Задачи:
1. Изучить имеющуюся литературу о строении молекулы, физических и химических свойствах, применении пероксида водорода.
2. Экспериментально определить влияние различных катализаторов на процесс разложения пероксида водорода.
3. Исследовать влияние поверхностно-активных веществ (твина – 80) на устойчивость пероксида водорода в водных растворах.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
1. Пероксид водорода
1.1 Строение молекулы. Физические и химические свойства
Пероксид водорода – соединение водорода и кислорода H2O2, содержащее 94% кислорода по массе. В молекулах H2O2 содержатся пероксидные группы -О-О-, которые во многом определяют свойства этого соединения. Впервые пероксид водорода получил в 1818 г. французский химик Луи Жак Тенар (1777-1857), действуя сильно охлажденной соляной кислотой на пероксид бария:
BaO2 + 2HCl BaCl2 + H2O2Структурная формула соединения Н-О-О-Н показывает, что два атома кислорода непосредственно соединены друг с другом. Связь это непрочна и обусловливает неустойчивость молекулы. Действительно, чистая H2O2 способна разлагаться на воду и кислород со взрывом. В разбавленных водных растворах она значительно устойчивее.
Чистый пероксид водорода – бесцветная сиропообразная жидкость, которая под достаточно уменьшенным давлением перегоняется без разложения. Замерзание H2O2 сопровождается сжатием (в отличие от воды). Белые кристаллы пероксида водорода плавятся при t = -0.5°C, т.е. почти при той же температуре, что и лёд. Растворы H2O2 замерзают при значительно более низкой температуре: 30%-ный раствор – при минус 30°С, а 60%-ный – при минус 53°С. [1]
Степень окисления кислорода в пероксиде водорода равна -1, т.е. имеет промежуточное значение между степенью окисления кислорода в воде (-2) и в молекулярном кислороде (0). Поэтому H2O2 обладает свойствами как окислителя, так и восстановителя. В качестве примеров, в которых H2O2 служит окислителем, можно привести окисление нитрита калия:
KNO2 + H2O2 KNO3 + H2Oи выделение йода из иодида калия:
2KJ + H2O2 J2 + 2KOHКонцентрированные растворы H2O2 обладают сильным окислительным действием. Так, при действии 65%-ного раствора H2O2 на бумагу, опилки и другие горючие вещества они воспламеняются. Менее концентрированные растворы обесцвечивают многие органические соединения, например, индиго. Примером восстановительной способности пероксида водорода служит реакция взаимодействия его с оксидом серебра(I) [2]:
Ag2O + H2O2 2Ag + H2O + O21.2 Применение
Применение пероксида водорода связано с его окислительной способностью и с безвредностью продукта его восстановления (Н2О).
Его используют для отбелки тканей и мехов, в пищевой промышленности (при консервировании пищевых продуктов), в сельском хозяйстве для протравливания семян, а также в производстве ряда органических соединений, полимеров, пористых материалов. Как сильный окислитель пероксид водорода используется в ракетной технике. [3]
В медицине растворы H2O2 используют в качестве средств, обладающих антисептическими, дезинфицирующими свойствами. Они применяются для полоскания и смазывания при воспалительных заболеваниях слизистых оболочек (стоматиты, ангина), для лечения гнойных ран. [4]
3% и 6% водные растворы пероксида водорода (с добавками моющих средств) используются в качестве моюще-дезинфицирующих средств в аптечных, клинических, детских дошкольных и других учреждениях. Однако широкое их применение сдерживается низкой стабильностью: при добавлении моющих средств к раствору пероксида водорода, последний разрушается и быстро теряет «активный» кислород. По этой причине рабочие растворы моюще-дезинфицирующих средств на основе H2O2 готовят непосредственно перед применением, а срок их хранения составляет всего несколько часов. [5]
В литературе имеются сведения о большом количестве стабилизаторов H2O2. Наибольшее распространение получили органические и неорганические кислоты. Однако они оказывают раздражающее действие на кожу и слизистые оболочки, поэтому их применение ограничено. Именно поэтому в настоящее время является актуальным изучение влияния поверхностно-активных веществ (ПАВ) на разложение водных растворов ПВ различной концентрации. Одним из таких ПАВ является твин-80.
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Влияние различных катализаторов на скорость разложения пероксида водорода
Уравнение реакции разложения:
2Н2О2 2Н2О + О2Исследовалось влияние на скорость разложения Н2О2 следующих катализаторов: оксида марганца (IV) MnO2; оксида железа (III) Fe2O3; активированного угля С; перманганата калия KMnO4; хлорида железа (III) FeCl3; дихромата калия K2Cr2O7. [6]
Рис. 1. Прибор для определения активности различных катализаторов
Опыты проводились в следующей последовательности:
1. Проверялась герметичность прибора (см. рисунок и фотографию выше), для чего закрываются пробки и открываются зажимы 8: вода не должна вытекать в стакан.
2. В пробирку 1 наливаем 5 смі пероксида водорода (6%-ного) и перекрываем резиновую трубку зажимом 8.
3. В колбу 2 вносим катализатор и вставляем в неё трубку 3, соединенную с пробиркой1.
4. Выравниваем давление внутри прибора с атмосферным давлением. С этой целью открываем зажим 8 сифона 6 и поднимаем стакан 7 с водой так, чтобы вода в нём и в колбе находилась на одинаковом уровне, и затем снова закрываем зажим.
5. Воду выливаем из стакана и наливаем в него точный её объем – 100смі, предварительно отмерив его мензуркой.
6. Опускаем кончик сифона 6 в стакан 7 с водой.
7. Открываем оба зажима 8 на приборе и быстро вливаем раствор пероксида водорода в колбу 2 с катализатором.
8. Через 3минуты вновь приводим давление внутри прибора к атмосферному давлению.
9. Закрываем зажимы сифона 6 и измеряем объем воды, вытесненной в стакан кислородом.
10. Из измеренного объема воды вычитаем 100смі, т.е. объем воды, ранее добавленной в стакан.
Результаты опытов отражены в таблице 1:
Таблица 1.
| № п./п. | Катализатор | Объем выделившегося кислорода, смі |
| 1 | Оксид железа (III) Fe2O3 | 9 |
| 2 | Активированный уголь С | 5 |
| 3 | Перманганат калия KMnO4 | 3 |
| 4 | Хлорид железа (III) FeCl3 | 10 |
| 5 | Дихромат калия K2Cr2O7 | 8 |
| 6 | Оксид марганца (IV) MnO2 | 7 |
В случае с перманганатом калия наблюдалось образование оксида марганца (IV), что указывает на протекание окислительно-восстановительной реакции, которую можно отразить следующим уравнением:
3H2O2 + 2KMnO4 2MnO2 + 3O2 + 2KOH + 2H2O
 |
 |
Поэтому говорить о KMnO4 как катализаторе не приходится. С учетом опытных данных располагаем испытанные катализаторы в порядке возрастания их каталитической активности: