X
تبلیغات
وب شیمی دانشگاه اراک - تهیه آب اکسیژنه

وب شیمی دانشگاه اراک

وب شیمی کاربردی دانشگاه اراک

تهیه آب اکسیژنه

تهیه آب اکسیژنه و بررسی برخی از خواص آن

هدف از این آزمايش تهیه آب اکسیژنه به وسیله اسیدی کردن پراکسید های فلزات قلیایی یا قلیایی خاکی، بررسی رفتار آن در مقابل برخی واکنش گرها و اندازه گیری ارزش حجمی و وزنی آب اکسیژنه به وسیله تیتراسیون با محلول پرمنگنات 0.1N می باشد.

اولین بار آب اکسیژنه به وسیله آقای تنارد در سال 1818 تهیه شد. وی با اسیدی کردن پراکسید باریم و خارج کردن آب اضافی از طریق تبخیر در خلاء موفق به تهیه آب اکسیژنه شد.

پراکسید مشتقات پراکسید هیدروژن است که در آن به جای هر هیدروژن يک فلز يک ظرفیتی و یا دو ظرفیتی وجود دارد. پراکسید فلزات قلیایی و قلیایی خاکی به ترتیب دارای فرمول M2O2 و MO2 می باشند.

 

پراکسید ها به دو دسته تقسیم می شوند:

1) پلی اکسید ها که با اسيد سولفوريک تولید اکسیژن می کنند.

2) هیپراکسید ها که با اسيد سولفوريک رقیق تبدیل به آب اکسیژنه می شوند. به این دسته نمک های آب اکسیژنه می گویند.

از موارد استفاده آب اکسیژنه می توان به اثر سفید کنندگی در الیاف سلولزی و پارچه ها، ضدعفونی کنندگی و همچنین تولید برخی از مواد شیمیایی اشاره کرد.

آب اکسیژنه خالص تقریباً بی رنگ و در برخی موارد آبی کم رنگ به نظر می آید. دمای ذوب و جوش آن به ترتیب -89°C  و  150°C می باشد. در 20°C در حالت مایع دارای دانسیته 1.438 است. در آب و الکل و اتر به هر نسبتی حل می شود. درجه اکسیداسیون اکسیژن در آب اکسیژنه برابر 1- است. معمولاً پراکسید هیدروژن به صورت محلول 6% ، 12% و یا 30% آن بیان می گردد که معمولاً به صورت پراکسید هیدروژن 20 حجم، 40 حجم و یا 100 حجم نیز گفته می شود. ثابت دی الکتریک آب اکسیژنه بالا می باشد. مایع خالص آن در دمای 25°C ، ε=93  و محلول آبی 60% آن ε=120  می باشد. بنابراین ترکیب جزء حلال های یونی کننده خیلی خوبی هستند ولی به علت قدرت اکسید کنندگی زیاد و نا پایداری، قدرت حل کنندگی آن ها محدود است. محلول مایع آب اکسیژنه به مرور طبق واکنش زیر به آب و اکسیژن تبدیل می شود.

 

2 H2O2    O2 + 2 H2O

 

در غیاب کاتالیزور سرعت تجزیه آب اکسیژنه بسیار ملایم است ولی در مقابل فلزاتی چون Pt ، Ag و یا ترکیباتی چون MnO2 واکنش شدت می گیرد و به همین دلیل آب اکسیژنه را در ظروف غیر فلزی همراه با یک پایدار کننده مانند اوره نگهداری می کنند. برای پایدار کردن، آن را با موادی از قبیل اسيد فسفریک، اسيد سیتریک و گلیسرول که خاصیت ضد کاتالیزوری دارند، مخلوط می کنند. خاصیت اکسید کنندگی آب اکسیژنه به علت سهولت آزاد شدن يک اتم اکسیژن فعال است.

 

H2O2    O + H2O

 

آب اکسیژنه به صورت یک اکسید کننده و یا احیا کننده در محیط های اسیدی و بازی می تواند به کار رود.

 

احیا کننده در محیط اسیدی:

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

 

اکسید کننده در محیط اسیدی:

2 [Fe(CN)6]4- + H2O2 + 2 H+    2 [Fe(CN)6]3- + 2 H2O

 

احیا کننده در محیط بازی:

2[Fe(CN)6]3- + H2O2 + 2OH-    2[Fe(CN)6]4- + 2H2O + O2

 

اکسید کننده در محیط بازی:

Mn2+  +  H2O2    Mn4+  +  2 OH-

 

سولفور سرب سیاه رنگ در سرما تحت اثر H2O2  به سولفات سفید رنگ تبدیل می شود.

 

4 H2O2    4 O + 4 H2O

 

PbS  +  4 O    PbSO4

 

طرز شناسایی آب اکسیژنه

 

1) یدید پتاسیم را در مجاورت پراکسید هیدروژن اسیدی قرار داده و يد حاصله را با محلول استاندارد تيوسولفات تیتر می کنند.

 

2 KI  +  H2SO4  +  H2O2    K2SO4  +  I2  +  2 H2O

 

2) از افزایش محلول آن به دی اکسید تیتانیوم در مجاورت اسيد سولفوريک، رنگ مربوط به پراکسید تيتانيوم مشاهده می شود.

3) با محلول اسيد کرومیک یا محلول اسیدی بی کرومات رنگ آبی تیره تولید می شود.

 

روش تهیه آزمایشگاهی آب اکسیژنه

 

پراکسید هیدروژن را می توان از اثر اسيد سولفوريک رقیق بر پراکسید سدیم یا پراکسید باریم (BaO2.8H2O) در دمای پایین تهیه کرد.

 

H2SO4  +  BaO2    BaSO4  +  H2O2

 

در تهیه نمک های باریم از باریت ها (BaSO4) مقداری BaO به دست می آید که در اثر حرارت در هوا اکسید می شود و به پراکسید باریم تبدیل می شود. پراکسید باریم با اسيد فسفریک نیز تولید آب اکسیژنه می کند.

 

BaO2  +  H3PO4    BaHPO4  +  H2O2

 

فسفات باریم نا محلول از آن جدا می شود و محلول آبی آب اکسیژنه به دست می آید که به وسیله تقطیر در فشار کم می توان آن را تغلیظ کرد. از عبور گاز دی اکسید کربن در محلول پراکسید باریم نیز آب اکسیژنه بدست می آید.

 

BaO2  +  H2O  +  CO2    BaCO3  +  H2O2

 

روش دیگر بر اساس روش مرک می باشد که در آن پراکسید سدیم با اسيد سولفوريک 20% در دمای پایین واکنش داده و بعد از خارج کردن سولفات سدیم متبلور (Na2SO4.10H2O) بعد از تغلیظ آب اکسیژنه با غلظت 30% بدست می آید.

 

Na2O2  +  H2SO4  +  10H2O    Na2SO4.10H2O  +  H2O2

 

روش تهیه صنعتی آب اکسیژنه

 

فرایند خود اکسایش: يکی از مشتقات آنتراکینون بر اثر واکنش با هیدروژن در مجاورت کاتالیزگر پالادیم به آنتراهيدروکينون تبدیل می شود. با عبور هوا از این ماده، محلول پراکسید هیدروژن 20% وزنی به دست می آید.

روش الکتروليز: از الکتروليز محلول اسيد سولفوريک 50% وزنی یا محلول اسيد سولفوريک و سولفات گمونم با شدت جریان زیاد، پراکسو دی سولفات (و در نهایت از هیدرولیز آن پراکسید هیدروژن) در آند و هیدروژن در کاتد بدست می آید.

 

H2SO4    H+  +  HSO4-

 

2 HSO4-    H2S2O8  +  2 e-

 

H2S2O8  +  H2O    H2SO5  +  H2SO4

 

H2SO5  +  H2O    H2SO4  +  H2O2

 

پراکسید هیدروژن را در دمای بالا و فشار کم جداکرده و پس از تغلیظ سازی، محلول 30%  وزنی بدست می آید.

 

ارزش حجمی پراکسید هیدروژن

 

قدرت پراکسید هیدروژن (ارزش حجمی) عبارت است از حجم اکسیژن که در شرایط متعارفی از يک حجم پراکسید هیدروژن آزاد می شود. مثلاً اگر 10gr پراکسید هیدروژن در شرایط متعارفی تولید 200ml اکسیژن کند، ارزش حجمی این محلول 20 خواهد بود. ارتباط ارزش حجمی پراکسید با نرمالیته آن به صورت زیر می باشد.

6/5 a = N ×

که در آن a ارزش حجمی و N نرمالیته می باشد.

 

روش کار:

مقدار 1gr  از  BaO2  را در یک بشر بریزید و مقدار  2.5ml  آب مقطر سرد شده به آن اضافه کنید و خوب به هم بزنید تا به صورت خمیر درآید و آن را در یک تشتک قرار دهید. مقدار  2ml  سولفوريک اسید 4N  را در یک بشر ریخته و آن را نیز در یک تشتک آب یخ قرار دهید. در این هنگام بشر حاوی اسید را به بشر دیگر اضافه کنید و در همان تشتک یخ بگذارید بماند  و خوب به هم بزنید. به دلیل این که واکنش گرما زا است اسید را به ملایمت و کم کم به اکسید باریم اضافه نمایید و پس از هر بار اضافه کردن بایستی مکث کرد تا درجه حرارت مخلوط به صفر برسد. سپس رسوب حاصله را با کاغذ صافی صاف نموده و با 10ml آب مقطر بشویید. محلول زیر صافی آب اکسیژنه است.

 

BaO2 + H2SO4    H2O2 + BaSO4

 

اندازه گیری پراکسید هیدروژن:

یک روش خوب برای اندازه گیری پراکسید هیدروژن استفاده از پرمنگنات در محیط اسیدی است.

 

2MnO4- + 5H2O2 + 6H+    2Mn2+ + 5O2 + 8H2O

 

در اندازه گیری پراکسید هیدروژن به وسیله پرمنگنات باید مراقب باشیم تا دی اکسید منگنز به وجود نیاید. زیرا  MnO2  به صورت کاتالیزور عمل کرده و پراکسید هیدروژن را تجزیه می کند. جهت رفع این مشکل باید محلول به حد کافی اسیدی باشد و همچنین پرمنگنات را خیلی آهسته به محلول پراکسید هیدروژن اضافه نمود. در صورتی که محلول پرمنگنات خیلی رقیق باشد و یا محلول  H2O2  رنگی باشد در این صورت از معرف  Ferrion  استفاده می گردد. برای تهیه این معرف مقدار  0.6gr  از  FeSO4.5H2O  را با  1.485gr  از  1,10-phenanthro line hydrate  در  100ml  آب مقطر حل می کنیم.

 

روش آزمایش:

مقدار  25ml  آب اکسیژنه را در ارلن  500ml  می ریزیم. مقدار  50ml  آب مقطر به آن اضافه می کنیم. مقدار  20ml  سولفوريک اسید  به آن اضافه کرده و با محلول  0.1N  پرمنگنات تا بی رنگ شدن محلول تیتر می کنیم.

+ نوشته شده در  ساعت   توسط   |