0:00
[МУЗЫКА] [МУЗЫКА]
Одно из интереснейших соединений кислорода —
пероксид водорода, который состоит из молекул H2O2.
Вы можете легко приобрети пероксид водорода в аптеке в виде трёхпроцентного
раствора или в виде комплекса H2O2 с мочевиной.
Такой комплекс называется гидроперит и продаётся в аптеке в виде таблеток.
Коммерчески доступными являются и концентрированные растворы пероксида
водорода, которые содержат от 30 до 40% пероксида водорода по массе.
Молекулы пероксида водорода содержат связь кислород-кислород.
И именно эта связь обуславливает многие интересные свойства пероксида водорода.
Длина связи кислород-кислород 1,47 ангстрем,
валентный угол H-O-O примерно 95 градусов.
Сама молекула пероксида водорода представляет собой как будто бы раскрытую
книжку с двугранным углом 115 градусов.
Пероксид водорода — это бесцветная вязкая жидкость, которая
в концентрированном состоянии чрезвычайно взрывоопасна и может даже взрываться.
Как же получают это интересное соединение?
Историческим способом получения пероксида водорода является взаимодействие пероксида
бария с концентрированной серной кислотой.
При этом выпадает в осадок малорастворимый сульфат бария и получается H2O2.
Позднее был разработан электролитический способ получения пероксида водорода,
основанный на электролизе 50%-ой серной кислоты.
В этом случае получается H2S2O8, пероксодисерная кислота,
гидролиз которой приводит к образованию H2SO4 и пероксида водорода.
Ещё позднее в 1930-ые годы немецкой компанией BASF
был разработан используемый и сегодня промышленный способ получения водорода.
Он основан на реакции хинона с водородом с последующим
окислением образующегося гидрохинона обратно в хинон.
Это каталитический процесс.
Хинон, который используется в этом процессе, выступает в роли катализатора.
А суммарное уравнение реакции представляет собой H2 плюс O2 получается H2O2.
Такая реакция между водородом и кислородом не осуществима,
но при использовании катализатора вполне возможна.
Каковы же химические свойства пероксида водорода?
Конечно, стоит отметить главным образом его неустойчивость.
Многие катализаторы способны разлагать пероксид водорода.
Это может быть и MnO2, и KI, и катионы переходных металлов.
Также в крови содержатся ферменты, например,
пероксидазы, которые ускоряют разложение пероксида водорода.
Можем провести опыт, демонстрирующий неустойчивость пероксида водорода.
Давайте нальём в демонстрационный цилиндр
немного трёхпроцентного раствора пероксида водорода.
И добавим к нему каталитическое количество оксида марганца четыре.
[БЕЗ_ЗВУКА] Сразу
же начинается бурная реакция разложения пероксида водорода.
В этой реакции образуется H2O и O2.
То есть пероксид водорода изменяет свою степень окисления от
минус одного одновременно до нуля и минус двух.
Такой тип реакций хорошо вам известен по химии галогенов,
они называются диспропорционированием.
Мы можем проверить, что выделяется кислород.
Для этого воспользуемся тлеющей лучинкой.
[БЕЗ_ЗВУКА] А теперь опустим тлеющую лучинку в демонстрационный цилиндр.
Лучинка ярко вспыхивает.
Это свидетельствует о том, что в колбе выделяется кислород.
Наиболее характерными для пероксида водорода являются окислительные свойства.
Так, пероксид водорода легко окисляет йодид-ионы, например,
сульфит-ионы или даже гидроксид марганца два, превращая его
в оксид марганца четыре, который известен своими окислительными свойствами.
Восстановительные свойства для пероксида водорода менее характерны.
Он способен вступать в такие реакции только с участием очень
сильных окислителей.
Например, с перманганатом калия.
Надо отметить, что в этой реакции будет получаться также и Mn2+, и MnO2,
которые являются хорошими катализаторами разложения пероксида водорода.
И эта реакция пероксида водорода с KMnO4 протекает крайне интересно.
Давайте в колбу нальём концентрированный раствор пероксида водорода.
[БЕЗ_ЗВУКА] [БЕЗ_ЗВУКА] Следует отметить,
что концентрированный раствор пероксида водорода чрезвычайно реакционно
способен и практически мгновенно обесцвечивает кожу рук.
Работать с ним можно только в перчатках.
А теперь добавим небольшое количество перманганата калия,
буквально на кончике шпателя, в эту колбу.
[БЕЗ_ЗВУКА] Этот опыт
называется гейзер, потому что выделяющийся столб белого дыма
представляет собой на самом деле пар воды и кислорода.
По сути пероксид водорода является родоначальником
целого класса химических соединений, которые называются пероксидами.
Сама молекула H2O2 обладает слабыми кислотными свойствами.
Однако, надежды получить соль этой слабой кислоты в водных растворах нет никакой,
потому что соли мгновенно гидролизуются водой.
Однако, можно получить пероксид, например,
натрия в прямой реакции натрия с кислородом.
Натрий никогда не сгорает на воздухе с образованием оксида,
всегда получается пероксид Na2O2.
Это кристаллическое вещество жёлтого цвета.
При взаимодействии с водой он полностью разлагается с выделением кислорода и
образованием щёлочи.
С этим интересным соединением мы ещё поэкспериментируем в лаборатории.
Если же мы будем в реакцию с кислородом вовлекать более тяжёлые щелочные металлы,
такие как калий, рубидий, цезий, то вместо пероксидов основным продуктом
их окисления окажется надпероксид состава металл-O2.
Такие соединения проявляют ещё более сильные окислительные свойства вследствие
того, что степень окисления кислорода даже не минус один, а минус одна вторая.
Несмотря на всю экзотичность состава пероксидов и надпероксидов,
они находят применение для вентилирования воздуха в замкнутых помещениях.
Дело в том, что при взаимодействии пероксидов и надпероксидов щелочных
металлов с углекислым газом образуются карбонаты и выделяется кислород.
На этой неделе мы рассмотрели свойства водорода, галогенов и кислорода.
Все эти элементы были открыты в средние века.
На следующей неделе нас ждёт древнейший из элементов, один из них, это сера.
Свойствам серы и её соединений будет посвящена половина недели.
Вторая половина недели будет посвящена свойствам безжизненного элемента.
Конечно же, вы догадались, что речь идёт об азоте.