Перекись водорода

Перекись водорода (пероксид водорода) это бесцветная сиропообразную жидкость плотностью 1,45 г/см³, затвердевающую при —0,48 °С. 

Это очень непрочное вещество, способное разлагаться со взрывом на воду и кислород, причем выделяется большое количество теплоты:

2Н₂О₂ (ж) = 2Н₂О (ж) + О₂ + 197,5 кДж

Водные растворы пероксида водорода более устойчивы; в прохладном месте они могут сохраняться довольно долго.

Пергидроль — раствор, который поступает в продажу, — содержит 30% Н₂О₂.

В нем, а также в высококонцентрированных растворах пероксида водорода содержатся стабилизирующие добавки.

Что такое перекись водорода, строение молекулы

Современной физико- химическими методами установлено, что оба атома кислорода в перекиси водорода H₂O₂ связаны непосредственно друг с другом неполярной ковалентной связью.

Связи же между атомами водорода и кислорода полярны. Поэтому молекула H₂O₂ также полярна.

Между молекулами перекиси водорода возникает водородная связь, что приводит к их ассоциации с энергией связи O — O , равной 210 кДж ( 50,48 ккал ).

Что значительно меньше энергии связи H — O ( 470 кДж , или 112,4 ккал ).

Перекись водорода имеет формулу Н₂О₂.

Физические свойства перекиси водорода

Рис. Схема строения молекулы Н₂О₂.

Чистая H₂O₂ — вязкая бесцветная жидкость с плотностью 1440 кг/ м³ и температурой плавления и кипения — 0,46 и 151,4°C.

В пероксиде водорода атомы водорода ковалентно связаны с атомами кислорода, между которыми также осуществляется простая связь.

Строение пероксида водорода можно выразить следующей структурной формулой:

Н—О—О—Н.

Молекулы Н₂О₂ обладают значительной полярностью (μ = 2,13 D), что является следствием их пространственной структуры (рис).

В молекуле пероксида водорода связи между атомами водорода и кислорода полярны (вследствие смешения общих электронов в сторону кислорода).

Поэтому в водном растворе под влиянием полярных молекул воды пероксид водорода может отщеплять ионы водорода, т. е. он обладает кислотными свойствами.

Химические свойства

Пероксид водорода— очень слабая двухосновная кислота (К₁ = 2,6 • 10^-12); в водном растворе она распадается, хотя и в незначительной степени, на ионы:

Н₂О₂ ⇄ Н⁺ + НО₂^—

Диссоциация по второй ступени

НО₂^— ⇄ Н⁺ + О²₂^—

практически не протекает.

Она подавляется присутствием воды — вещества, диссоциирующего с образованием ионов водорода в большей степени, чем пероксид водорода.

Однако при связывании ионов водорода (например, при введении в раствор щелочи) диссоциация по второй ступени происходит.

В отличие от воды , перекись водорода — непрочное соединение. Она разлагается даже при комнатной температуре и очень легко при освещении или соприкосновении с некоторыми катализаторами ( MnO₂ , PbO₂ и другие ).

Происходит следующая реакция :

H₂O₂ = H₂O + O

В разбавленном водном растворе перекись водорода значительно устойчивее . Малая устойчивость молекул H₂O₂ обусловливается непрочностью связи O — O . Перекись водорода смешивается с водой в любых соотношениях. Хранят её в посуде из тёмного стекла и прохладном месте .

При действии на кожу концентрированных растворов перекиси водорода образуются ожоги , причем обожженное место белеет .

Окислительная способность перекиси также обусловливается непрочность связи O — O. Например , йод — крахмальная бумага , содержащая KI и крахмал , при смачивании H₂O₂ синеет в присутствии выделяемого йода :

2KI + H₂O₂ = I2 + 2KOH

Таким образом перекись водорода является окислителем по отношению к I  . Перекись может выступать и как восстановитель , но только при взаимодействии с сильными окислителями :

Cl₂ + H₂O₂ = 2HCl + O₂

Перекись обладает слабыми кислотными свойствами. Это подтверждается её взаимодействием со щелочью :

Ba( OH ) + H₂O₂ = 2H₂O + BaO₂ (перекись бария)

Соединение BaO₂ — соль перекиси водорода , а не окись бария ( IV ) .

Сопоставим аналогичное по составу кислородные соединения SnO₂ и BaО₂ , они различаются своим отношением к кислотам , которые из солей перекиси водорода вытесняют перекись водорода :

BaO₂ + H₂SO₄ = BaSO₄ + H₂O₂

SnO₂ + 2H₂SO₄ = Sn(SO₄)₂ + 2H₂O

Разложение пероксида водорода ускоряется катализаторами.

Если, например, в раствор пероксида водорода бросить немного диоксида марганца МnО₂, то происходит бурная реакция и выделяется кислород.

К катализаторам, способствующим разложению пероксида водорода, принадлежат медь, железо, марганец, а также ионы этих металлов. Уже следы этих металлов могут вызвать распад Н₂О₂.

Получение перекиси водорода

Перекись водорода получают электролизом растворов серной кислоты. Концентрированный водный раствор H₂O₂ фракционированной перегонкой под вакуумом ( вод испаряется легче чем H₂O₂ ).

Так же перекись можно получить из перекиси бария BaO₂ действием на неё разбавленной серной кислоты или углекислым газом под давлением :

BaO₂ + CO₂ + H₂O = BaCO₃ + H₂O₂

Пероксид водорода образуется в качестве промежуточного продукта при горении водорода, но ввиду высокой температуры водородного пламени тотчас же разлагается на воду и кислород.

Однако если направить водородное пламя на кусок льда, то в образующейся воде можно обнаружить следы пероксида водорода.

Пероксид водорода получается также при действии атомарного водорода на кислород.

В промышленности пероксид водорода получают в основном электрохимическими методами, например анодным окислением растворов серной кислоты.

Или гидросульфата аммония с последующим гидролизом образующейся при этом пероксодвусерной кислоты H₂S₂O₈. Происходящие при этом процессы можно изобразить схемой:

2H₂SO₄ = H₂S₂O₈ + 2Н⁺ + 2е^—

H₂S₂O₈ + 2Н₂О = 2H₂SO₄ + Н₂О₂

Применение перекиси водорода

Перекись водорода широко используют в качестве окислителя , например, для отбеливания тканей и других материалов.

Разрушая красящие вещества , она почти не затрагивает отбеливаемый материал.

Концентрированная 85 — 95% H₂O₂ в смеси с некоторыми горючими материалами используют для получения взрывчатых соединений.

Как окислитель чистая перекись применяют в ракетной и реактивной технике , 3 % раствор используют в медицине как дезинфицирующее средство для промывания ран , полоскания горла и так далее .

Применение пероксида водорода связано с его окислительной способностью и с безвредностью продукта его восстановления (Н₂О).

Его используют для отбелки тканей и мехов, применяют в медицине (3% раствор — дезинфицирующее средство), в пищевой пром. 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.

Пероксид водорода применяют также для обновления старых картин, написанных масляными красками и потемневших от времени вследствие превращения свинцовых белил в черный сульфид свинца под действием содержащихся в воздухе следов сероводорода.

При промывании таких картин пероксидом водорода сульфид свинца окисляется в белый сульфат свинца:

PbS + 4Н₂О₂ = PbSO₄ + 4Н₂О

Соли пероксида водорода

С некоторыми основаниями пероксид водорода реагирует непосредственно, образуя соли.

Так, при действии пероксида водорода на водный раствор гидроксида бария выпадает осадок бариевой соли пероксида водорода:

Ва(ОН)₂ + Н₂О₂ = ВаО₂↓ + 2Н₂О

Соли пероксида водорода называются пероксидами или перекисями.

Они состоят из положительно заряженных ионов металла и отрицательно заряженных иоиов О²₂^— , электронное строение которых можно изобразить схемой:

Как окислитель

Степень окисленности кислорода в пероксиде водорода равна —1, т. е. имеет промежуточное значение между степенью окисленности кислорода в воде (—2) и в молекулярном кислороде (0).

Поэтому пероксид водорода обладает свойствами как окислителя, так и восстановителя, т. е. проявляет окислительно-восстановительную двойственность.

Все же для него более характерны окислительные свойства, так как стандартный потенциал электрохимической системы

Н₂О₂ + 2Н⁺ + 2е^— = 2Н₂О

в которой Н₂О₂ выступает как окислитель, равен 1,776 В, в то время как стандартный потенциал электрохимической системы:

О₂ + 2Н⁺ + 2е^— = Н₂О₂

в которой пероксид водорода является восстановителем, равен 0,682 В.

Иначе говоря, пероксид водорода может окислять вещества, φ° которых не превышает 1,776 В, а восстанавливать только те, φ° которых больше 0,682 В.

В качестве примеров реакций, в которых Н₂О₂ служит окислителем, можно привести окисление нитрита калия:

KNO₂ + Н₂О₂ = KNO₃ + Н₂О

и выделение иода из иодида калия:

2KI + Н₂О₂ = I₂ + 2КОН

Как восстановитель

Как пример восстановительной способности пероксида водорода укажем на реакции взаимодействия Н₂О₂ с оксидом серебра(I)

Ag₂O + Н₂О₂ = 2Ag + Н₂О + О₂

а также с раствором перманганата калия в кислой среде:

2КМnО₄ + 5Н₂О₂ + 3H₂SO₄ = 2MnSO₄ + 5О₂ + K₂SO₄ + 8Н₂О

Если сложить уравнения, отвечающие восстановлению пероксида водорода и его окислению, то получится уравнение самоокисления-самовосстановления пероксида водорода:

(Н₂О₂ + 2Н⁺ + 2е^— = 2Н₂О) + (Н₂О₂ = О₂ + 2Н⁺ + 2е^—) → (2Н₂О₂ = 2Н₂О + О₂)

Это — уравнение процесса разложения пероксида водорода.

Вопросы и ответы?

Что будет если выпить перекись водорода?

Пить перекись водорода категорически запрещено, так как она является сильным окислителем, то есть даже 3% раствор может привести к ожогам ЖКТ.

Для чего можно применять перекись водорода?

Перекись водорода — это антисептическое средство из группы антиоксидантов. При контакте перекиси водорода с поврежденной кожей или слизистыми оболочками высвобождается активный кислород.

При этом происходит механическое очищение и инактивация органических веществ.

Что убивает перекись водорода?

Перекись водорода убивает грибки, бактерии, вирусы и споры плесени.

Статья на тему перекись водорода