Строение молекулы перекиси водорода

Перекись водорода (Н2О2) — химическое соединение из группы, включающей пероксиды. Впервые вещество было получено Луи Тенаром в 1818 году путем подкисления раствора перекиси бария азотной кислотой. Это сильный окислитель во многих химических реакциях, таких как окисление ракетного топлива (80%), мощное дезинфицирующее и отбеливающее средство.

Перекись водорода классифицируется как одна из активных форм кислорода. Химическая формула агента состоит из двух атомов водорода и двух атомов кислорода. Благодаря этой структуре молекула под действием органических и неорганических веществ, тепла, света быстро разлагается с выделением атомарного кислорода. Дезинфицирующее действие самой перекиси водорода довольно слабое, но при распаде, оно проявляется быстро и эффективно благодаря свободным атомам кислорода.

Химическая формула перекиси водорода, строение молекулы

Н-О-O-H-связи вокруг атомов кислорода в молекуле H2O2 расположены под углом (аналогично H-O-H-связям в воде), причем атомы H-O-O-H образуют двугранный угол (в твердой фазе около 90°).

Физические свойства пероксида

Чистый пероксид водорода сильно отличается от знакомого всем 3%раствора, который присутствует в каждой в домашней аптечке.

При комнатной температуре он является сиропообразной, бесцветной (концентрированная принимает бледно-голубой цвет), жидкостью с температурой замерзания -0,41 ° С и температурой кипения около 150 ° С. Вязкость у Н2О2 такая же, как и у чуть охлажденной (примерно до 13° С) воды.

Хорошо растворяется в полярных (органических) растворителях и до любой концентрации — в воде. Имеет металлический привкус. Молярная масса 34,01 г/моль.

Химические свойства

Пероксид обладает сильными окислительными свойствами, возникающими в результате образования атомарного кислорода:

Чистая перекись водорода без стабилизаторов — очень нестабильна и подвергается экзотермическому разложению, часто взрывчатому. Это происходит под воздействием воды, кислорода, под воздействием тепла, при контакте с некоторыми металлами (например, марганцем), оксидами металлов и ультрафиолетом.

2H2O2 → 2H2O + O2

Подобное разложение катализируется многими веществами, например, серебром и платиной, оксидом марганца, соединениями йода:

H2O2 + I → H2O + IO

H2O2 + IO → H2O + I+ O2

Эффективным ферментом, который расщепляет перекись водорода, является каталаза.

Благодаря тому, что пергидроль легко реагирует со многими металлами и разлагается при контакте со светом, его следует хранить в герметично закрытой таре, изготовленной из толстостенного полиэтилена или алюминия, не подвергаться воздействию дневного света и источников тепла. Его смесь с карбонатом гидрата натрия (Na2CO3 · 1,5H2O2) является относительно стабильной и безопасной в использовании.

Перекись водорода имеет слабые кислотные свойства. Слабее угольной кислоты. В водных растворах диссоциирует в соответствии с уравнением:

В присутствии восстановителей пероксид водорода ведет себя как окислитель (O-I → O-II), например :

2 NH2OH + 6H2O2 → 2 HNO3 + 8H2O

В присутствии окислителей пероксид показывает восстановительные свойства (O-I → O0), например, в реакции с перманганатом калия в кислых условиях :

2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4 → 2MnSO4 + 5O2 + K2SO4 + 8H2O

или с солями серебра (I) в щелочной среде:

2AgNO3 + H2O2 + 2KOH → 2Ag + O2 + 2H2O + 2KNO3

Это агрессивное вещество для живых тканей. При контакте с кожей появляется белый цвет.

Получение — синтез пероксида водорода с использованием метода антрахинона.

В настоящее время hydrogen получают в промышленности методом антрахинона. путем окисления 2-этил-9,10-антрацендиола кислородным газом, прошедшим через раствор этого соединения в смеси подходящих растворителей. Перекись отделяют экстракцией воды и оставляют в растворе.

Этиллантрахинон регенерируют восстановлением газообразным водородом до 2-этил-9,10-антрацендиола, катализируемого палладием на подходящем носителе или соединениях никеля. В методах промышленного производства цикл обеих реакций (окисление и восстановление) осуществляется поочередно.

Разведенный водный раствор перекиси, полученный в этом процессе, концентрируют осторожным выпариванием воды при пониженном давлении, получая таким образом раствор с максимальной концентрацией 70%. Большая концентрация приводит к взрыву. Более концентрированные растворы и полностью чистый пероксид, может быть получен путем быстрого замораживания его из водного концентрированного раствора.

Интересные химические опыты с перекисью водорода — видео:

Водные растворы перекиси водорода и их применение

Перекись водорода в чистом виде не является коммерчески доступным веществом, поскольку законы большинства европейских стран и США запрещают его продажу по соображениям безопасности. В торговле (максимум 70% растворов) это соединение доступно после соблюдения особых условий (правила RID и ADR), а наиболее распространенной коммерческой формой является пергидроль 30% водный раствор и 3-5% растворы для домашнего использования, называемые перекисью водорода.

Читайте также:  Ехидна особенности

Перекись в растворе 3-3,5% используется для дезинфекции ран, и такие растворы для непосредственного использования доступны в аптеках. H2O2 оказывает особенно сильное разрушающее действие на анаэробные бактерии (анаэробы).

Дезинфекция раны с использованием перекиси водорода значительно снижает риск попадания бактерий в организм через поврежденный эпидермис. Быстрое уничтожение бактерий во время дезактивации также разрушает клетки крови, вытекающие из раны, а также часть клеток кожи, подвергнутых повреждению.

7-15% растворы обычно используются в качестве так называемых «Активных кислородных отбеливателей» в бытовой химии, 5% водный раствор используется для обесцвечивания волос. Очень разбавленные растворы (прибл. 1%) применяются в народной медицине для перорального применения. До сих пор считаются спорным способом лечения некоторых видов рака.

Оба атома кислорода находятся в промежуточной степени окисления −1, что и обуславливает способность пероксидов выступать как в роли окислителей, так и восстановителей. Наиболее характерны для них окислительные свойства:

При взаимодействии с сильными окислителями пероксид водорода выступает в роли восстановителя, окисляясь до кислорода:

Молекула пероксида водорода сильно полярна, что приводит к возникновению водородных связей между молекулами. Связь O—O непрочна, поэтому H2O2 — неустойчивое соединение, легко разлагается. Так же этому может поспособствовать присутствие ионов переходных металлов. В разбавленных растворах пероксид водорода тоже не устойчив и самопроизвольно диспропорционирует на H2O и O2.Реакция диспропорционирования катализируется ионами переходных металлов, некоторыми белками:

Однако очень чистый пероксид водорода устойчив.

Пероксид водорода проявляет слабые кислотные свойства (К = 1,4·10 −12 ), и поэтому диссоциирует по двум ступеням:

При действии концентрированного раствора Н2O2 на некоторые гидроксиды в ряде случаев можно выделить пероксиды металлов, которые можно рассматривать как соли пероксида водорода (Li2O2, MgO2 и др.):

Пероксид водорода может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Например, при взаимодействии с оксидом серебра он является восстановителем:

В реакции с нитритом калия соединение служит окислителем:

Пероксидная группа [—O—O—] входит в состав многих веществ. Такие вещества называют пероксидами, или пероксидными соединениями. К ним относятся пероксиды металлов (Na2O2, BaO2 и др.). Кислоты, содержащие пероксидную группу, называют пероксокислотами, например, пероксомонофосфорная H3PO5 и пероксидисерная H2S2O8 кислоты.

Окислительно-восстановительные свойства

Пероксид водорода обладает окислительными, а также восстановительными свойствами. Он окисляет нитриты в нитраты, выделяет иод из иодидов металлов, расщепляет ненасыщенные соединения по месту двойных связей. Пероксид водорода восстанавливает соли золота и серебра, а также кислород при реакции с водным раствором перманганата калия в кислой среде.

При восстановлении Н2O2 образуется Н2O или ОН-, например:

При действии сильных окислителей H2O2 проявляет восстановительные свойства, выделяя свободный кислород:

Реакцию KMnO4 с Н2O2 используют в химическом анализе для определения содержания Н2O2:

Окисление органических соединений пероксидом водорода (например, сульфидов и тиолов) целесообразно проводить в среде уксусной кислоты.

Биологические свойства

Перекись водорода относится к реактивным формам кислорода и при повышенном образовании в клетке вызывает оксидативный стресс. Некоторые ферменты, например глюкозоксидаза, образуют в ходе окислительно-восстановительной реакции пероксид водорода, который может играть защитную роль в качестве бактерицидного агента. В клетках млекопитающих нет ферментов, которые бы восстанавливали кислород до перекиси водорода. Однако, несколько ферментных систем (ксантиноксидаза, НАД(Ф)H-оксидаза, циклоксигеназа и др.) продуцируют супероксид, который спонтанно или под действием супероксиддисмутазы превращается в перекись водорода.

Получение

Пероксид водорода получают в промышленности при реакции с участием органических веществ, в частности, каталитическим окислением изопропилового спирта:

Ценным побочным продуктом этой реакции является ацетон.

В промышленных масштабах пероксид водорода получают электролизом серной кислоты, в ходе которого образуется надсерная кислота, и последующим разложением последней до пероксида и серной кислоты.

В лабораторных условиях для получения пероксида водорода используют реакцию:

Концентрирование и очистку пероксида водорода проводят осторожной перегонкой.

Применение

Благодаря своим сильным окислительным свойствам пероксид водорода нашёл широкое применение в быту и в промышленности, где используется, например, как отбеливатель на текстильном производстве и при изготовлении бумаги. Применяется как ракетное топливо — в качестве окислителя или как однокомпонентное (с разложением на катализаторе). Используется в аналитической химии, в качестве пенообразователя при производстве пористых материалов, в производстве дезинфицирующих и отбеливающих средств. В промышленности пероксид водорода также находит свое применение в качестве катализатора, гидрирующего агента, как эпоксидирующий агент при эпоксидировании олефинов.

Хотя разбавленные растворы перекиси водорода применяется для небольших поверхностных ран, исследования показали что этот метод обеспечивая антисептический эффект и очищение и удлиняет время заживления. [1] [2] Обладая хорошими очищающими свойствами, перекись водорода на самом деле не ускоряет заживление ран. Достаточно высокие концентрации, обеспечивающие антисептический эффект, могут также удлинять время заживления из-за повреждения прилегающих к ране клеток. [3] Более того, перекись водорода может мешать заживлению и способствовать образованию рубцов из-за разрушения новообразующихся клеток кожи. [4] Однако, в качестве средства для очистки глубоких ран сложного профиля, гнойных затеков, флегмон, и других гнойных ран санация которых затруднена, перикись водорода остается препаратом выбора. Так как она обладает не только антисептическим эффектом, но и продуцирует большое количество пены, при взаимодействии с ферментом пероксидазой. Что в свою очередь позволяет размягчить и отделить от тканей некротизированные участки, сгустки крови, гноя, которые буду легко смыты последующим введением в полость раны антисептического раствора. Без предварительной обработки перекисью водорода, антисептический раствор не сможет удалить данные патологические образования, что приведет значительному увеличению времени заживления раны, и ухудшит состояние больного.

Читайте также:  Собака воняет и чешется ростов на дону

Перекись водорода применяется также для обесцвечивания волос [5] и отбеливания зубов [6] , однако эффект в обоих случаях основан на окислении, а следовательно, разрушении тканей, и потому такое применение (особенно в отношении зубов) не рекомендуется специалистами.

В пищевой промышленности растворы пероксида водорода применяются для дезинфекции технологических поверхностей оборудования, непосредственно соприкасающихся с продукцией. Кроме того, на предприятиях по производству молочной продукции, соков, растворы перекиси водорода используются для дезинфекции упаковки (технология «Тетра Пак»). Для технических целей пероксид водорода применяют в производстве электронной техники.

В быту применяется также для выведения пятен MnO2, получившихся при взаимодействии перманганата калия «марганцовки» с предметами (ввиду его окислительных свойств).

Пероксид водорода в аквариумистике

В этом разделе не хватает ссылок на источники информации.

3%-ный раствор пероксида водорода используется в аквариумистике для оживления задохнувшейся рыбы, а также для очистки аквариумов и борьбы с нежелательной флорой и фауной в аквариуме (гидры, планарии, паразиты, водоросли, бактерии и др.)

Формы выпуска

Выпускается в виде водных растворов, стандартная концентрация 1-6 %, 30, 38, 50, 60, 85, 90 и 98 %. 30 % водный раствор пероксида водорода, стабилизированный добавлением фосфатов натрия, называется пергидролем.

Опасность применения

Несмотря на то, что пероксид водорода не токсичен, его концентрированные растворы при попадании на кожу, слизистые оболочки и в дыхательные пути вызывают ожоги. В больших концентрациях недостаточно чистый пероксид водорода может быть взрывоопасен. Опасен при приёме внутрь концентрированных растворов. Вызывает выраженные деструктивные изменения, сходные с действиями щелочей. Летальная доза 30%-го раствора пероксида водорода (пергидроля) — 50—100 мл. [7]

Строение молекулы и физические свойства

Перекись водорода относится к простейшим представителям группы пероксидов. Её получают в промышленности и лаборатории несколькими способами. Структурная формула перекиси водорода обозначается H2O2. Степень окисления у атомов кислорода -1.

Молекула вещества представлена двумя OH-группами, которые связаны пероксидным -О-О-мостиком и лежат в разных плоскостях. Угол между ними меняется в зависимости от температуры, концентрации раствора и других условий.

Пероксид представлен в виде бесцветной жидкости с «металлическим» вкусом и специфическим запахом. Вязкая консистенция обусловлена развитой системой водородных связей в молекулярной структуре.

Основные физические свойства перекиси водорода:

  • Температура кипения: 150,2°C.
  • Температура замерзания: -0,432°C.
  • Плотность: 1,46 г/см3.

Молекула вещества является полярной, поскольку её строение несимметричное. Соединение может неограниченно растворяться в воде, эфире и спирте. Чистое вещество неустойчиво и способно самопроизвольно разлагаться со взрывом.

Химические особенности

Поскольку оба атома кислорода находятся в промежуточной степени окисления -1, антисептическое средство может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Оно участвует в реакциях окисления нитритов до нитратов и выделении иодов из иодидов металлов. Также вещество может расщеплять ненасыщенные соединения.

Перекись обладает слабыми кислотными свойствами, поэтому она диссоциирует по двум ступеням:

Вещество по степени кислотности немного сильнее H2O. Некоторые пероксиды металлов можно рассматривать как его соли. В кислой среде перекись служит окислителем, а в щелочной — восстановителем.

Реагируя с более сильными окислителями, например, с солями серебра и золота, водород служит восстановителем и окисляется до атомарного кислорода. В реакции с нитритом калия вещество выступает окислителем. Если молекула принимает электрон на внешний уровень, тогда степень окисления кислорода меняется на -2; если она его отдаёт, тогда соединение становится восстановителем. Окисление органических веществ пероксидом обычно проводят в уксусной кислоте.

Способы получения вещества

Сначала пероксид водорода получали в промышленности с помощью электролиза серной кислоты или раствора сульфата аммония в H2SO4. В результате реакции получалась надсерная кислота. После гидролиза вещества образовывались пероксид и серная кислота.

В середине XX века открыли новый способ получения перекиси водорода. Антрахиноновый процесс был разработан компанией BASF. При этом методе водород окисляется кислородом воздуха, после чего образуются антрахиноны и пероксид водорода. Реакцию проводят в растворе алкилантрагидрохинонов в бензоле, который служит катализатором. В него также добавляют вторичные спирты. На завершительной стадии процесса катализатор убирают, а из получившейся смеси продуктов выделяют пероксид водорода путём перегонки при сниженном давлении.

Читайте также:  Анциструс самец и самка как различить

В лабораторных условиях вещество получают с помощью пероксида бария и соляной кислоты. Уравнение взаимодействия соединений: BaO2+2HCl → BaCl2+H2O2. Получившийся хлорид бария осаждают в виде сульфата. Пероксид водорода также можно извлечь при помощи каталитического окисления изопропилового спирта.

В некоторых источниках есть информация, что нужное вещество может образоваться при взаимодействии пероксида бария с серной кислотой, однако такую технологию обычно не используют. Поскольку осадок сульфата бария формируется на зёрнах его пероксида, реагент покрывается нерастворимой оболочкой, которая замедляет реакцию и выход нужного продукта.

Меры предосторожности

Во время работы с концентрированным раствором перекиси необходимо соблюдать меры безопасности. Хотя вещество нетоксично, при попадании в дыхательные пути или на кожный покров и слизистые оно вызывает сильные ожоги. Недостаточно чистый пероксид высокой концентрации может быть взрывоопасен. Всю работу с веществом нужно проводить в «беспылевых» условиях и при отсутствии ионов металлов.

Растворы перекиси водорода относятся к 3-му классу опасности. Вещество может вызывать деструктивные изменения, которые схожи с действием щелочей. Летальная доза пергидроля (название раствора концентрации 30%) составляет 50−100 мл.

Упаковку с аптечным средством необходимо хранить в тёмном месте. При транспортировке нужно избегать встряхивания вещества и других механических воздействий, которые могут привести к его разложению.

Сферы использования

Пероксид водорода может быть разной концентрации. Поскольку растворы обладают различными свойствами, их часто используют в промышленности и быту:

  • Вещество применяется при создании бумаги, дезинфицирующих средств и в текстильном производстве в качестве отбеливателя.
  • За окислительные свойства пероксид водорода используют как ракетное топливо.
  • В аналитической химии при изготовлении пористых материалов средство применяют в качестве пенообразователя.
  • В промышленности простейший представитель пероксидов зарекомендовал себя как катализатор и гидрирующий агент.
  • В аквариумистике 3%-й раствор помогает очистить резервуары для воды, бороться с паразитами, а также способен оживить задохнувшихся рыб.
  • В пищевой промышленности пероксид используется для дезинфекции упаковок для различных напитков и поверхностей оборудования, с которым контактируют продукты.
  • В сфере быта средство помогает вывести пятна марганцовки на предметах мебели и текстиле, а также в качестве домашнего антисептика.

Перекись широко используется в области косметологии. Ею обесцвечивают волосы и отбеливают зубы. Поскольку процесс основан на окислении, локоны часто портятся, поэтому вещество не советуют применять обладателям тонких и повреждённых прядей. С зубами не наблюдается дефектов, поскольку с прозрачной эмалью эффект отбеливания достигается за счёт разницы в отражении света дентином.

Применение в области медицины

Широкое применение перекиси водорода нашли в медицине. Средство с бактерицидным механизмом действия предназначено для внешнего использования. Перед применением необходимо тщательно изучить инструкцию к лекарству.

Формы выпуска пероксида водорода:

  • Раствор разведённый 1−3%. Применяется для полоскания полости рта и в качестве препарата местного действия.
  • Раствор концентрированный 27−31%. Это средство используется редко и только по назначению специалиста. Обычно для обработок его разводят до 3%-го раствора. Лекарство предназначено для лечения заболеваний кожного покрова.
  • Гидроперит. Лекарство представлено соединением 35%-го раствора пероксида с карбамидом. Выпускается в форме таблеток. В таком виде препарат легче перевозить и хранить. Чтобы сделать раствор, необходимо растворить в воде 2 таблетки на 100 мл жидкости.

Препаратом лечат гнойные раны и воспалённые слизистые оболочки. Средство используется при носовых и капиллярных кровотечениях, а также для промывки и глубокой очистки ран. Медицинским раствором обрабатывают ротовую полость и горло при ангине, стоматите или тонзиллите. Средство также избавляет кожный покров от пигментных пятен. С помощью лекарства убирают серные пробки при чистке ушей. Препарат применяется в гинекологии для лечения различных женских патологий.

При лёгкой механической очистке ватный тампон смачивают в 3%-м растворе и обрабатывают им поражённые участки кожи. Для компрессов применяют перекись с концентрацией 1 процент. Продолжительность процедуры не должна превышать 30 мин. Для обработки участков кожи с пигментными пятнами используют пергидроль. Ротовую полость или органы половой системы обрабатывают 0,25%-м раствором.

Применение перекиси водорода противопоказано при индивидуальной непереносимости вещества. В редких случаях негативные последствия могут проявиться в жжении во время процедуры и аллергии в виде красных пятен на коже. При длительной терапии после обработок ротовой полости может возникнуть гипертрофия сосочков языка. Если соблюдать дозировку и схему применения перекиси водорода в соответствии с инструкцией, тогда получится избежать побочных действий.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *