9.4: Перекис водню

Andrew R. Barron
Rice University via CNX

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

Перекис водню (H ₂ O ₂) - дуже блідо-блакитна рідина, але виявляється безбарвною в розведеному розчині. Його готують шляхом окислення антрахінолу (показано нижче). Перекис водню екстрагують водою з розчину антрахінону і 20 - 40% розчин очищають шляхом екстракції розчинником. Альтернативний процес включає окислення ізопропанолу або в парній, або в рідкій фазі при 100° C і приблизно 15 атм, (9.4.1). Вироби відокремлюються шляхом фракційної перегонки.

$\rm Me_2C(H)OH + O_2 \rightarrow Me_2C(OOH)OH \rightarrow Me_2\text{C=O} + H_2O_2$

У газовій фазі H ₂ O ₂ приймає конформацію Gauche (рис. $\PageIndex{1}$ ), але існує лише низький бар'єр для обертання навколо зв'язку O-O.

Малюнок $\PageIndex{1}$ : Структура пероксиду водню в (а) паровій фазі і (б) твердій (кристалічній) фазі.

Перекис водню - рідина при стандартній температурі і тиску (25° C, 1 атм) завдяки наявності міцного водневого зв'язку, подібного до виявленого у воді. Насправді діапазон рідини для H _{2 O ₂} (Mp = -0.43° C, Bp = 150.2° C) насправді ширший, ніж вода, і він трохи більш в'язкий, ніж вода. Перекис водню має щільність 1,44 г/см ³, і в 10 ⁶ разів менше основної, ніж вода.

Як і у випадку з водою, H ₂ _{O 2} є хорошим розчинником через свою полярну природу та широкий діапазон температур рідини, однак, він небезпечний у чистому стані завдяки легкому (ΔH = -99 кДж/моль) автоматичного розкладання, (9.4.2), а також сильною окислювальною природою.

$\rm 2 H_2O_2 \rightarrow 2 H_2O + O_2$

Перекис водню зазвичай продається у вигляді 3 - 12% розчину для домашнього використання; однак лабораторні та певні промислові застосування вимагають 30% -них розчинів.

Примітка

Перекис водню слід зберігати в прохолодному, сухому, добре провітрюваному приміщенні і подалі від будь-яких легкозаймистих або горючих речовин. Його слід зберігати в контейнері, що складається з нереактивних матеріалів, таких як нержавіюча сталь або скло (інші матеріали, включаючи деякі пластмаси та алюмінієві сплави, також можуть бути придатними). Оскільки він швидко руйнується під впливом світла, його слід зберігати в непрозорому контейнері, а фармацевтичні склади зазвичай поставляються у коричневих пляшках, які фільтрують світло.

Водні розчини слабокислі (К = 1,5 х 10 ^-12), (9,4,3). Однак не відбувається обміну атомами кисню між H _{2 O ₂} і H ₂ O в рідкій фазі.

$\rm H_2O_2 + H_2O \rightleftharpoons HO_2^- + H_3O^+$

Як і очікувалося, перекис водню є сильним окислювачем (9.4.4), однак він також може діяти як відновник (9.4.5).

$\rm H_2O_3 + 2 HI \rightarrow I_2 + 2 H_2O$

$\rm 5 H_2O_2 + 2 MnO_4 + 6 H^+ \rightarrow 2 Mn^{2+} + 8 H_2O + 5 O_2 \uparrow$