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 лед. 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 нее 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 нем и в колбе находилась на одинаковом уровне, и затем снова закрываем зажим.

5. Воду выливаем из стакана и наливаем в него точный ее 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.КатализаторОбъем выделившегося кислорода, смі
1Оксид железа (III) Fe2 O39
2Активированный уголь С5
3Перманганат калия KMnO43
4Хлорид железа (III) FeCl310
5Дихромат калия K2 Cr2 O78
6Оксид марганца (IV) MnO27

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%

32,261,54
1

H2O2 3%

Твин-80 0,2%

Вода до 100%

32,912,81
2

H2O2 3%

Твин – 80 0,2%

Вода до 100%

32,922,84
1

H2O2 3%

Твин-80 0,5%

Вода до 100%

32,962,92
2

H2O2 3%

Твин-80 0,5%

Вода до 100%

32,892,78
1

H2O2 3%

Твин-80 1%

Вода до 100%

32,812,61
2

H2O2 3%

Твин-80 1%

Вода до 100%

32,832,66

H2O2 6%

Вода до 100%

65,184,35
1

H2O2 6%

Твин-80 0,2%

Вода до 100%

65,354,69
2

H2O2 6%

Твин-80 0,2%

Вода до 100%

65,314,64
1

H2O2 6%

Твин-80 0,5%

Вода до 100%

65,174,36
2

H2O2 6%

Твин-80 0,5%

Вода до 100%

65,184,37
1

H2O2 6%

Твин-80 1%

Вода до 100%

65,555,12
2

H2O2 6%

Твин-80 1%

Вода до 100%

65,625,2

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%

65,575,034,974,78
2

H2 O2 6%

Вода до 100%

65,995,104,904,76
3

H2 O2 6%

Вода до 100%

65,575,174,764,43
1

H2 O2 6%

Твин-80 0,2%

Вода до 100%

65,924,904,834,83
2

H2 O2 6%

Твин-80 0,2%

Вода до 100%

65,614,764,764,76
3

H2 O2 6%

Твин-80 0,2%

Вода до 100%

65,994,834,834,83
1

H2 O2 6%

Твин-80 0,5%

Вода до 100%

64,744,764,764,76
2

H2 O2 6%

Твин-80 0,5%

Вода до 100%

64,694,764,764,76
3

H2 O2 6%

Твин-80 0,5%

Вода до 100%

64,744,764,764,76
1

H2 O2 6%

Твин-80 1%

Вода до 100%

64,764,764,764,76
2

H2 O2 6%

Твин-80 1%

Вода до 100%

64,694,694,764,76
3

H2 O2 6%

Твин-80 1%

Вода до 100%

64,694,694,764,62
1

H2 O2 6%

Твин-80 2%

Вода до 100%

64,634,634,764,62
2

H2 O2 6%

Твин-80 2%

Вода до 100%

64,764,764,764,62
3

H2 O2 6%

Твин-80 2%

Вода до 100%

64,694,634,764,62

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.



Зараз ви читаєте: Влияние добавок на устойчивость пероксида водорода в водных растворах