Государственноеучреждение образования
«ДОВСКАЯГИМНАЗИЯ»
Учебно-исследовательскаяработа
«Влияниедобавок 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 времяпероксид водорода H2O2 находит широкое применение,особенно в медицине, где его используют в качестве:
— антисептика вконцентрации 3%;
— стерилизующего агента вконцентрации 6%;
— дезинфицирующегосредства;
— кровоостанавливающегосредства.
Растворы пероксидаводорода (ПВ) незаменимы в процессах лечения и ухода за новорожденными детьми,так как являются безвредными и при воздействии на поврежденные ткани из ПВобразуются нетоксические вещества – вода и кислород. Очень важным являетсяотсутствие раздражающего действия у препарата.
Водные растворы пероксидаводорода (с добавками моющих средств) используются в качествемоюще-дезинфицирующих средств в аптечных, клинических, детских дошкольных идругих учреждениях. Однако широкое их применение сдерживается низкойстабильностью: при добавлении моющих средств к раствору ПВ, последнийразрушается и быстро теряет «активный» кислород. По этой причине рабочиерастворы моюще-дезинфицирующих средств на основе H2O2 наданный момент готовят непосредственно перед применением, а срок их хранениясоставляет всего несколько часов, что приводит к необходимости их стабилизации.Поэтому является актуальным поиск веществ, которые бы не катализировали разложениеH2O2, способствовали усилению терапевтического действия ибыли бы безвредными для человека.
Представляет интересизучение влияния некоторых поверхностно-активных веществ (ПАВ), в частноститвина-80, на процесс разложения пероксида водорода.
Цель работы: организоватьисследовательскую деятельность по изучению влияния веществ на процессразложения пероксида водорода.
Задачи:
1. Изучить имеющуюсялитературу о строении молекулы, физических и химических свойствах, применениипероксида водорода.
2. Экспериментальноопределить влияние различных катализаторов на процесс разложения пероксидаводорода.
3. Исследовать влияниеповерхностно-активных веществ (твина – 80) на устойчивость пероксида водорода вводных растворах.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
1. Пероксид водорода
1.1 Строение молекулы. Физическиеи химические свойства
Пероксид водорода –соединение водорода и кислорода H2O2, содержащее 94%кислорода по массе. В молекулах H2O2 содержатсяпероксидные группы -О-О-, которые во многом определяют свойства этогосоединения. Впервые пероксид водорода получил в 1818 г. французский химик ЛуиЖак Тенар (1777-1857), действуя сильно охлажденной соляной кислотой на пероксидбария:
/>BaO2 + 2HCl BaCl2 + H2O2
Структурная формуласоединения Н-О-О-Н показывает, что два атома кислорода непосредственносоединены друг с другом. Связь это непрочна и обусловливает неустойчивостьмолекулы. Действительно, чистая H2O2 способна разлагатьсяна воду и кислород со взрывом. В разбавленных водных растворах она значительноустойчивее.
Чистый пероксид водорода– бесцветная сиропообразная жидкость, которая под достаточно уменьшеннымдавлением перегоняется без разложения. Замерзание H2O2 сопровождаетсясжатием (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 H2O2замерзают при значительно более низкой температуре: 30%-ный раствор – при минус30°С, а 60%-ный – при минус 53°С. [1]
Степень окислениякислорода в пероксиде водорода равна -1, т.е. имеет промежуточное значениемежду степенью окисления кислорода в воде (-2) и в молекулярном кислороде (0).Поэтому H2O2 обладает свойствами как окислителя, так ивосстановителя. В качестве примеров, в которых H2O2 служит окислителем, можнопривести окисление нитрита калия:
/>KNO2 + H2O2 KNO3+ H2O
и выделение йода изиодида калия:
/>2KJ + H2O2 J2+ 2KOH
Концентрированныерастворы H2O2 обладают сильным окислительным действием.Так, при действии 65%-ного раствора H2O2 на бумагу,опилки и другие горючие вещества они воспламеняются. Менее концентрированныерастворы обесцвечивают многие органические соединения, например, индиго. Примеромвосстановительной способности пероксида водорода служит реакция взаимодействияего с оксидом серебра(I) [2]:
/>Ag2O + H2O2 2Ag + H2O + O2
1.2 Применение
Применение пероксидаводорода связано с его окислительной способностью и с безвредностью продуктаего восстановления (Н2О).
Его используют дляотбелки тканей и мехов, в пищевой промышленности (при консервировании пищевыхпродуктов), в сельском хозяйстве для протравливания семян, а также в производстверяда органических соединений, полимеров, пористых материалов. Как сильныйокислитель пероксид водорода используется в ракетной технике. [3]
В медицине растворы H2O2используют в качестве средств, обладающих антисептическими, дезинфицирующимисвойствами. Они применяются для полоскания и смазывания при воспалительныхзаболеваниях слизистых оболочек (стоматиты, ангина), для лечения гнойных ран.[4]
3% и 6% водные растворыпероксида водорода (с добавками моющих средств) используются в качестве моюще-дезинфицирующихсредств в аптечных, клинических, детских дошкольных и других учреждениях.Однако широкое их применение сдерживается низкой стабильностью: при добавлениимоющих средств к раствору пероксида водорода, последний разрушается и быстротеряет «активный» кислород. По этой причине рабочие растворымоюще-дезинфицирующих средств на основе H2O2 готовятнепосредственно перед применением, а срок их хранения составляет всегонесколько часов. [5]
В литературе имеютсясведения о большом количестве стабилизаторов H2O2.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 являетсяактуальным изучение влияния поверхностно-активных веществ (ПАВ) на разложениеводных растворов ПВ различной концентрации. Одним из таких ПАВ являетсятвин-80.
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯЧАСТЬ
2.1 Влияние различныхкатализаторов на скорость разложения пероксида водорода
Уравнение реакцииразложения:
/>/>2Н2О2 2Н2О + О2
Исследовалось влияние наскорость разложения Н2О2 следующих катализаторов: оксидамарганца (IV) MnO2; оксида железа (III) Fe2O3;активированного угля С; перманганата калия KMnO4; хлорида железа(III) FeCl3; дихромата калия K2Cr2O7.[6]
/>
Рис. 1. Прибор дляопределения активности различных катализаторов
Опыты проводились вследующей последовательности:
1. Проверяласьгерметичность прибора (см. рисунок и фотографию выше), для чего закрываютсяпробки и открываются зажимы 8: вода не должна вытекать в стакан.
2. В пробирку 1 наливаем5 смі пероксида водорода (6%-ного) и перекрываем резиновую трубку зажимом 8.
3. В колбу 2 вносим катализатори вставляем в неё трубку 3, соединенную с пробиркой1.
4. Выравниваем давлениевнутри прибора с атмосферным давлением. С этой целью открываем зажим 8 сифона 6и поднимаем стакан 7 с водой так, чтобы вода в нём и в колбе находилась наодинаковом уровне, и затем снова закрываем зажим.
5. Воду выливаем изстакана и наливаем в него точный её объем – 100смі, предварительно отмерив егомензуркой.
6. Опускаем кончик сифона6 в стакан 7 с водой.
7. Открываем оба зажима 8на приборе и быстро вливаем раствор пероксида водорода в колбу 2 скатализатором.
8. Через 3минуты вновьприводим давление внутри прибора к атмосферному давлению.
9. Закрываем зажимысифона 6 и измеряем объем воды, вытесненной в стакан кислородом.
10. Из измеренного объемаводы вычитаем 100смі, т.е. объем воды, ранее добавленной в стакан.
Результаты опытовотражены в таблице 1:
Таблица 1.№ п./п. Катализатор Объем выделившегося кислорода, смі 1
Оксид железа (III) Fe2O3 9 2 Активированный уголь С 5 3
Перманганат калия KMnO4 3 4
Хлорид железа (III) FeCl3 10 5
Дихромат калия K2Cr2O7 8 6
Оксид марганца (IV) MnO2 7
В случае с перманганатомкалия наблюдалось образование оксида марганца (IV), что указывает на протеканиеокислительно-восстановительной реакции, которую можно отразить следующим уравнением:
3H2O2+ 2KMnO4 2MnO2 + 3O2 + 2KOH + 2H2O/> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Поэтому говорить о KMnO4как катализаторе не приходится. С учетом опытных данных располагаем испытанныекатализаторы в порядке возрастания их каталитической активности:
Активированный уголь,оксид железа (III), дихромат калия, хлорид железа (III), оксид марганца (IV).
2.2 Действие твина-80 наразложение пероксида водорода при различных температурах
Объектами исследованиябыли водные растворы пероксида водорода в концентрации 3% и 6%, так как они используютсяв качестве антисептика (3%-ный раствор), стерилизующего агента имоюще-дезинфицирующего средства (6%-ный раствор).
В приготовленные растворыH2O2 указанных концентраций добавляем твин-80 вконцентрациях 0,2%; 0,5%; 1%; 2%. Контролем являлись растворы пероксидаводорода 3% и 6% без добавок. [6] Приготовленные растворы помещали во флаконыиз полимерного материала. Затем термостатировали при t=65єC и t=50єC. Черезопределенное время отбирали пробу от каждого раствора и проводили определениеколичественного содержания ПВ в приготовленных растворах и в контрольном опыте.
Для определенияколичественного содержания H2O2 использовалиперманганатометрический метод (титрант — раствор перманганата калия).
Определение концентрациипероксида водорода проводили по следующей методике: из пробы модельногораствора 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 ититровали раствором перманганата калия до слабо-розового окрашивания, неисчезающего после перемешивания в течение 10-15 и более секунд. [7]
В основе метода лежитреакция:
/>2KMnO4 + 5H2O2+ 3H2SO4 2MnSO4 + 5O2 + K2SO4+ 8H2O,
в результате которойперманганат-ион переходит в бесцветный катион марганца (2+). Окончаниетитрования устанавливали по наличию розовой окраски перманганат-иона, неисчезающей в течение 30 секунд.
Концентрацию пероксидаопределяли по формуле:
/>Vm*0.0017*100%,
где С – концентрация H2O2(%),
0.5 — Vm – объем раствораKMnO4,
ушедшего на титрование(смі),
0,5 – объем анализируемойпробы,
взятой для титрования(смі),
0,0017 – титрсоответствия 0,2н
раствора перманганатакалия по H2O2.
Результаты исследованийотражены в таблицах 2.1, 2.2
Таблица 2.1. Изменениеконцентрации 3% и 6% водного раствора H2O2 в присутствии добавок твина-80 вразличных 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. Изменениеконцентрации 6% водного раствора H2O2 в присутствии добавок твина-80 вразличных концентрациях при температуре 50єС
№
Состав
Модельных растворов
Время наблюдения 0 ч. 72 ч. 144 ч. 264 ч. 432 ч. Концентрация раствора ПВ, %
1
H2O2 6%
Вода до 100% 6 5,57 5,03 4,97 4,78
2
H2O2 6%
Вода до 100% 6 5,99 5,10 4,90 4,76
3
H2O2 6%
Вода до 100% 6 5,57 5,17 4,76 4,43
1
H2O2 6%
Твин-80 0,2%
Вода до 100% 6 5,92 4,90 4,83 4,83
2
H2O2 6%
Твин-80 0,2%
Вода до 100% 6 5,61 4,76 4,76 4,76
3
H2O2 6%
Твин-80 0,2%
Вода до 100% 6 5,99 4,83 4,83 4,83
1
H2O2 6%
Твин-80 0,5%
Вода до 100% 6 4,74 4,76 4,76 4,76
2
H2O2 6%
Твин-80 0,5%
Вода до 100% 6 4,69 4,76 4,76 4,76
3
H2O2 6%
Твин-80 0,5%
Вода до 100% 6 4,74 4,76 4,76 4,76
1
H2O2 6%
Твин-80 1%
Вода до 100% 6 4,76 4,76 4,76 4,76
2
H2O2 6%
Твин-80 1%
Вода до 100% 6 4,69 4,69 4,76 4,76
3
H2O2 6%
Твин-80 1%
Вода до 100% 6 4,69 4,69 4,76 4,62
1
H2O2 6%
Твин-80 2%
Вода до 100% 6 4,63 4,63 4,76 4,62
2
H2O2 6%
Твин-80 2%
Вода до 100% 6 4,76 4,76 4,76 4,62
3
H2O2 6%
Твин-80 2%
Вода до 100% 6 4,69 4,63 4,76 4,62
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
1. Изучено влияниеразличных веществ на процесс разложения пероксида водорода в водных растворах.
2. Экспериментальноустановлено действие различных катализаторов на скорость разложения H2O2.
3. При хранении растворапероксида водорода с добавлением твина-80 при 50°С процесс разложения:
а) замедляется принебольшой концентрации твина-80 (0,2%);
б) ускоряется при большихконцентрациях твина-80.
4. При хранении растворапероксида водорода при 65°С с добавлением твина-80 (концентрация 0,2%, 0,5%,1%) процесс разложения замедляется.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХИСТОЧНИКОВ 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. slovari.yandex.ru/dict/krugosvet/article.htm,И. Леенсон. Пероксид водорода.
4. Шамб У., Сеттерфилд Ч., ВентворсР. 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 МУ42-51-7-93 «Приготовление растворов пероксида водорода с моющими средствами»,утв. Департамента Госсанэпиднадзора Минздрава РФ08.02.93.