| Скачать .docx |
Реферат: Влияние добавок на устойчивость пероксида водорода в водных растворах
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 H2 O2 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 H2 O2 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 H2 O2 , 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 H2 O2 , содержащее 94% кислорода по массе. В молекулах H2 O2 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
+ H2
O2
Структурная 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 H2 O2 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 H2 O2 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 H2 O2 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 H2 O2 обладает свойствами как окислителя, так и восстановителя. В качестве примеров, в которых H2O2 служит окислителем, можно привести окисление нитрита калия:
KNO2
+ H2
O2
KNO3
+ H2
O
и выделение йода из иодида калия:
2KJ + H2
O2
J2
+ 2KOH
Концентрированные растворы H2 O2 обладают сильным окислительным действием. Так, при действии 65%-ного раствора H2 O2 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]:
Ag2
O + H2
O2
2Ag + H2
O + O2
1.2 Применение
Применение пероксида водорода связано с его окислительной способностью и с безвредностью продукта его восстановления (Н2 О).
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 H2 O2 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 H2 O2 готовят непосредственно перед применением, а срок их хранения составляет всего несколько часов. [5]
В литературе имеются сведения о большом количестве стабилизаторов H2 O2 . 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:
2Н2
О2
2Н2
О + О2
Исследовалось влияние на скорость разложения Н2 О2 следующих катализаторов: оксида марганца (IV) MnO2 ; оксида железа (III) Fe2 O3 ; активированного угля С; перманганата калия KMnO4 ; хлорида железа (III) FeCl3 ; дихромата калия K2 Cr2 O7 . [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) Fe2 O3 | 9 |
| 2 | Активированный уголь С | 5 |
| 3 | Перманганат калия KMnO4 | 3 |
| 4 | Хлорид железа (III) FeCl3 | 10 |
| 5 | Дихромат калия K2 Cr2 O7 | 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:
3H2 O2 + 2KMnO4 2MnO2 + 3O2 + 2KOH + 2H2 O
 |
 |
Поэтому говорить о KMnO4 как катализаторе не приходится. С учетом опытных данных располагаем испытанные катализаторы в порядке возрастания их каталитической активности:
Активированный уголь, оксид железа (III), дихромат калия, хлорид железа (III), оксид марганца (IV).
2.2 Действие твина-80 на разложение пероксида водорода при различных температурах
Объектами исследования были водные растворы пероксида водорода в концентрации 3% и 6%, так как они используются в качестве антисептика (3%-ный раствор), стерилизующего агента и моюще-дезинфицирующего средства (6%-ный раствор).
В приготовленные растворы H2 O2 указанных концентраций добавляем твин-80 в концентрациях 0,2%; 0,5%; 1%; 2%. Контролем являлись растворы пероксида водорода 3% и 6% без добавок. [6] Приготовленные растворы помещали во флаконы из полимерного материала. Затем термостатировали при t=65єC и t=50єC. Через определенное время отбирали пробу от каждого раствора и проводили определение количественного содержания ПВ в приготовленных растворах и в контрольном опыте.
Для определения количественного содержания H2 O2 использовали перманганатометрический метод (титрант - раствор перманганата калия).
Определение концентрации пероксида водорода проводили по следующей методике: из пробы модельного раствора отбирали аликвоту, равную 0,5мл., и переносили в колбу для титрования; в эту же колбу прибавляли около 5мл. дистиллированной воды и около 2,5 мл. серной кислоты разведенной 1:5. Содержимое колбы слегка перемешивали и титровали раствором перманганата калия до слабо-розового окрашивания, не исчезающего после перемешивания в течение 10-15 и более секунд. [7]
В основе метода лежит реакция:
2KMnO4
+ 5H2
O2
+ 3H2
SO4
2MnSO4
+ 5O2
+ K2
SO4
+ 8H2
O,
в результате которой перманганат-ион переходит в бесцветный катион марганца (2+). Окончание титрования устанавливали по наличию розовой окраски перманганат-иона, не исчезающей в течение 30 секунд.
Концентрацию пероксида определяли по формуле:
Vm*0.0017*100%
,
где С – концентрация H2 O2 (%),
0.5 - Vm – объем раствора KMnO4,
ушедшего на титрование (смі),
0,5 – объем анализируемой пробы,
взятой для титрования (смі),
0,0017 – титр соответствия 0,2н
раствора перманганата калия по H2 O2 .
Результаты исследований отражены в таблицах 2.1, 2.2
Таблица 2.1. Изменение концентрации 3% и 6% водного раствора H2O2 в присутствии добавок твина-80 в различных концентрациях при температуре 65єС
| № | Состав модельных растворов |
Время наблюдения | ||
| 0 ч. | 72 ч. | 168 ч. | ||
| Концентрация раствора ПВ, % | ||||
H2O2 3% Вода до 100% |
3 | 2,26 | 1,54 | |
| 1 | H2O2 3% Твин-80 0,2% Вода до 100% |
3 | 2,91 | 2,81 |
| 2 | H2O2 3% Твин – 80 0,2% Вода до 100% |
3 | 2,92 | 2,84 |
| 1 | H2O2 3% Твин-80 0,5% Вода до 100% |
3 | 2,96 | 2,92 |
| 2 | H2O2 3% Твин-80 0,5% Вода до 100% |
3 | 2,89 | 2,78 |
| 1 | H2O2 3% Твин-80 1% Вода до 100% |
3 | 2,81 | 2,61 |
| 2 | H2O2 3% Твин-80 1% Вода до 100% |
3 | 2,83 | 2,66 |
H2O2 6% Вода до 100% |
6 | 5,18 | 4,35 | |
| 1 | H2O2 6% Твин-80 0,2% Вода до 100% |
6 | 5,35 | 4,69 |
| 2 | H2O2 6% Твин-80 0,2% Вода до 100% |
6 | 5,31 | 4,64 |
| 1 | H2O2 6% Твин-80 0,5% Вода до 100% |
6 | 5,17 | 4,36 |
| 2 | H2O2 6% Твин-80 0,5% Вода до 100% |
6 | 5,18 | 4,37 |
| 1 | H2O2 6% Твин-80 1% Вода до 100% |
6 | 5,55 | 5,12 |
| 2 | H2O2 6% Твин-80 1% Вода до 100% |
6 | 5,62 | 5,2 |
Таблица 2.2. Изменение концентрации 6% водного раствора H2O2 в присутствии добавок твина-80 в различных концентрациях при температуре 50єС
| № | Состав Модельных растворов |
Время наблюдения | ||||
| 0 ч. | 72 ч. | 144 ч. | 264 ч. | 432 ч. | ||
| Концентрация раствора ПВ, % | ||||||
| 1 | H2 O2 6% Вода до 100% |
6 | 5,57 | 5,03 | 4,97 | 4,78 |
| 2 | H2 O2 6% Вода до 100% |
6 | 5,99 | 5,10 | 4,90 | 4,76 |
| 3 | H2 O2 6% Вода до 100% |
6 | 5,57 | 5,17 | 4,76 | 4,43 |
| 1 | H2 O2 6% Твин-80 0,2% Вода до 100% |
6 | 5,92 | 4,90 | 4,83 | 4,83 |
| 2 | H2 O2 6% Твин-80 0,2% Вода до 100% |
6 | 5,61 | 4,76 | 4,76 | 4,76 |
| 3 | H2 O2 6% Твин-80 0,2% Вода до 100% |
6 | 5,99 | 4,83 | 4,83 | 4,83 |
| 1 | H2 O2 6% Твин-80 0,5% Вода до 100% |
6 | 4,74 | 4,76 | 4,76 | 4,76 |
| 2 | H2 O2 6% Твин-80 0,5% Вода до 100% |
6 | 4,69 | 4,76 | 4,76 | 4,76 |
| 3 | H2 O2 6% Твин-80 0,5% Вода до 100% |
6 | 4,74 | 4,76 | 4,76 | 4,76 |
| 1 | H2 O2 6% Твин-80 1% Вода до 100% |
6 | 4,76 | 4,76 | 4,76 | 4,76 |
| 2 | H2 O2 6% Твин-80 1% Вода до 100% |
6 | 4,69 | 4,69 | 4,76 | 4,76 |
| 3 | H2 O2 6% Твин-80 1% Вода до 100% |
6 | 4,69 | 4,69 | 4,76 | 4,62 |
| 1 | H2 O2 6% Твин-80 2% Вода до 100% |
6 | 4,63 | 4,63 | 4,76 | 4,62 |
| 2 | H2 O2 6% Твин-80 2% Вода до 100% |
6 | 4,76 | 4,76 | 4,76 | 4,62 |
| 3 | H2 O2 6% Твин-80 2% Вода до 100% |
6 | 4,69 | 4,63 | 4,76 | 4,62 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
1. Изучено влияние различных веществ на процесс разложения пероксида водорода в водных растворах.
2. Экспериментально установлено действие различных катализаторов на скорость разложения H2O2.
3. При хранении раствора пероксида водорода с добавлением твина-80 при 50°С процесс разложения:
а) замедляется при небольшой концентрации твина-80 (0,2%);
б) ускоряется при больших концентрациях твина-80.
4. При хранении раствора пероксида водорода при 65°С с добавлением твина-80 (концентрация 0,2%, 0,5%, 1%) процесс разложения замедляется.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
1. Соколова Л.Ф., Арефьева Л.И., Пархач М.Е. Стабилизация водных растворов пероксида водорода. Фармация. 1987, №4. с. 74-76
2. Глинка Н.Л. Общая химия. М., Интеграл-Пресс, 2009. с. 474-475
3. http://slovari.yandex.ru/dict/krugosvet/article.htm, И. Леенсон. Пероксид водорода.
4. Шамб У., Сеттерфилд Ч., Вентворс Р. Перекись водорода. Пер. с англ. М. 1958. с. 15-50
5. Химическая энциклопедия/ Под ред. И.Л. Кнунянц// М.: Большая российская энциклопедия, 1992. т.3. с. 245-249
6. Назарова Т.С., Грабецкий А.А., Лаврова В.Н. Химический эксперимент в школе. М., «Просвещение». 1987. с. 52-56
7. Методические указания МУ 42-51-7-93 «Приготовление растворов пероксида водорода с моющими средствами», утв. ДепартаментаГоссанэпиднадзора Минздрава РФ 08.02.93.