Пероксид водорода

Пероксид водорода
Общие
Систематическое наименование	Пероксид водорода
Химическая формула	H2O2
Отн. молек. масса	34,01 а. е. м.
Молярная масса	34,01 г/моль
Физические свойства
Состояние (ст. усл.)	жидкость
Плотность	1.4 г/см³
Термические свойства
Температура плавления	−0,432 °C
Температура кипения	150,2 °C
Энтальпия образования (ст. усл.)	-136.11 кДж/моль
Химические свойства
pKa	11.65
Растворимость в воде	неограниченная г/100 мл
Классификация
Рег. номер CAS	7722-84-1
SMILES	OO
Регистрационный номер EC	231-765-0

Перокси́д водоро́да (перекись водорода), H₂O₂ — простейший представитель пероксидов. Бесцветная жидкость с «металлическим» вкусом, неограниченно растворимая в воде, спирте и эфире. Концентрированные водные растворы взрывоопасны. Пероксид водорода является хорошим растворителем. Из воды выделяется в виде неустойчивого кристаллогидрата H₂O₂•2H₂O.

Молекула пероксида водорода имеет следующее строение:

Вследствие несимметричности молекула H₂O₂ сильно полярна (μ = 0,7·10⁻²⁹ Кл·м). Относительно высокая вязкость жидкого пероксида водорода обусловлена развитой системой водородных связей. Поскольку атомы кислорода имеют неподелённые электронные пары, молекула H₂O₂ также способна образовывать донорно-акцепторные связи.

Химические свойства

Оба атома кислорода находятся в промежуточной степени окисления −1, что и обуславливает способность пероксидов выступать как в роли окислителей, так и восстановителей. Наиболее характерный для них окислительные свойства:

Na₂SO₃ + H₂O₂ → Na₂SO₄ + H₂O

Mn(OH)₂ + H₂O₂ → MnO₂ + 2H₂O

При взаимодействии с сильными окислителями пероксид водорода выступает в роли восстановителя, окисляясь до кислорода:

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

2AgNO3+H2O2=2Ag+O2+8H2O

Молекула пероксида водорода сильно полярна, что приводит к возникновению водородных связей между молекулами. Связь O—O непрочна, поэтому H₂O₂ — неустойчивое соединение, легко разлагается. Так же этому может поспособствовать присутствие ионов переходных металлов и серебра.В разбавленных растворах пероксид водорода тоже не устойчив и самопроизвольно диспропорционирует на H2O и O2.Реакция диспропорционирования катализируется ионами переходных металлов, некоторыми белками.

2H₂O₂ → 2H₂O + O₂

Однако очень чистый пероксид водорода устойчив.

Пероксид водорода проявляет слабые кислотные свойства (К = 1,4·10⁻¹²), и поэтому диссоциирует по двум ступеням:

$~\mathrm{H_2O_2 \rightleftarrows H^++HO_2^-;~~~~~~HO_2^- \rightleftarrows H^++O_2^{2-}}$

При действии концентрированного раствора Н₂O₂ на некоторые гидроксиды в ряде случаев можно выделить пероксиды металлов, которые можно рассматривать как соли пероксида водорода (Li₂O₂, MgO₂ и др.):

Н₂O₂ + 2NaOH → Na₂O₂ + 2H₂O

H₂O₂ + Ba(OH)₂ → BaO₂↓ + 2H₂O

Пероксид водорода может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Например, при взаимодействии с оксидом серебра он является восстановителем:

$~\mathrm{H_2\stackrel{-1}{O}_2+Ag_2O \longrightarrow 2Ag+\stackrel{0}{O}_2+H_2O}$

В реакции с нитритом калия соединение служит окислителем:

$~\mathrm{KNO_2+H_2\stackrel{-1}{O}_2 \longrightarrow KN\stackrel{-2}{O}_3+H_2O}$

Пероксидная группа [—O—O—] входит в состав многих веществ. Такие вещества называют пероксидами, или пероксидными соединениями. К ним относятся пероксиды металлов (Na₂O₂, BaO₂ и др.). Кислоты, содержащие пероксидную группу, называют пероксокислотами, например, пероксомонофосфорная H₃PO₅ и пероксидисерная H₂S₂O₈ кислоты.

Окислительно-восстановительные свойства

Пероксид водорода обладает окислительными, а также восстановительными свойствами. Он окисляет нитриты в нитраты, выделяет иод из иодидов металлов, расщепляет ненасыщенные соединения по месту двойных связей. Пероксид водорода восстанавливает соли золота и серебра, а также кислород при реакции с водным раствором перманганата калия в кислой среде.

При восстановлении Н₂O₂ образуется Н₂O или ОН-, например: Н₂О₂ + 2KI + H₂SO₄ = I₂ + K₂SO₄ + 2H₂O

При действии сильных окислителей H₂O₂ проявляет восстановительные свойства, выделяя свободный кислород:

O₂²⁻ — 2e⁻ → O₂

Реакцию KMnO₄ с Н₂O₂ используют в химическом анализе для определения содержания Н₂O₂:

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

Окисление органических соединений пероксидом водорода (например, сульфидов и тиолов) целесообразно проводить в среде уксусной кислоты.

Биологические свойства

Перекись водорода относится к реактивным формам кислорода и при повышенном образовании в клетке вызывает оксидативный стресс. Некоторые ферменты, например глюкозоксидаза, образуют в ходе окислительно-восстановительной реакции пероксид водорода, который может играть защитную роль в качестве бактерицидного агента. В клетках млекопитающих нет ферментов, которые бы восстанавливали кислород до перекиси водорода. Однако несколько ферментных систем (ксантиноксидаза, НАД(Ф)H-оксидаза, циклоксигеназа и др.) продуцируют супероксид, который спонтанно или под действием супероксиддисмутазы превращается в перекись водорода.

Получение

Пероксид водорода получают в промышленности при реакции с участием органических веществ, в частности, каталитическим окислением изопропилового спирта:

(CH₃)₂СН(ОН) + O₂ → CH₃C(O)CH₃ + H₂O₂

Ценным побочным продуктом этой реакции является ацетон. В промышленных масшатабах пероксид водорода получают электролизом серной кислоты, в ходе которого образуется надсерная кислота и последующим разложением последней до пероксида и серной кислоты.

В лабораторных условиях для получения пероксида водорода используют реакцию:

BaO₂ + H₂SO₄ → H₂O₂ + BaSO₄

Концентрирование и очистку пероксида водорода проводят осторожной перегонкой.

Применение

3 % раствор перекиси водорода

Благодаря своим сильным окислительным свойствам пероксид водорода нашёл широкое применение в быту и в промышленности, где используется, например, как отбеливатель на текстильном производстве и при изготовлении бумаги. Применяется как ракетное топливо — в качестве окислителя или как однокомпонентное (с разложением на катализаторе). Используется в аналитической химии, в медицине, в качестве пенообразователя при производстве пористых материалов, в производстве дезинфицирующих и отбеливающих средств. В промышленности пероксид водорода также находит свое применение в качестве катализатора, гидрирующего агента, как эпоксидирующий агент при эпоксидировании олефинов. В медицине растворы пероксида водорода применяются как антисептическое средство. При контакте с повреждённой кожей и слизистыми пероксид водорода под влиянием фермента каталазы распадается с выделением кислорода, что способствует сворачиванию крови и создаёт неблагоприятные условия для развития микроорганизмов. Однако такое действие непродолжительно и обладает слабым эффектом. Тем не менее, пероксид водорода (аптечное название — перекись водорода, 3 %) применяется при первичной обработке ран (в том числе открытых). Перекись водорода очень эффективна для лечения небольших царапин, особенно у детей — она не «щиплет», не имеет запаха, бесцветна. Однако она может вызывать небольшое жжение в районе открытой раны. Стоимость пузырька 40 мл такого раствора (на 2011 год) — не более 20 руб. В пищевой промышленности растворы пероксида водорода применяются для дезинфекции технологических поверхностей оборудования, непосредственно соприкасающихся с продукцией. Кроме того, на предприятиях по производству молочной продукции, соков, растворы перекиси водорода используются для дезинфекции упаковки (технология «Тетра Пак»). Для технических целей пероксид водорода применяют в производстве электронной техники.

Перекись водорода применяется также для обесцвечивания волос и отбеливания зубов, однако эффект в обоих случаях основан на окислении, а следовательно, разрушении тканей, и потому такое применение (особенно в отношении зубов) не рекомендуется специалистами.

В быту применяется также для выведения пятен MnO₂, получившихся при взаимодействии перманганата калия «марганцовки» с предметами (ввиду его окислительных свойств).

3 % перекись водорода в аквариумистике

В практическом аквариумном рыбоводстве перекись водорода приносит свои положительные эффекты и используется в следующих случаях:

1. Оживление задохнувшейся рыбы — купания (до 4 мл. перекиси водорода на 10 л. воды, бывает достаточно и 2 мл);
2. Удушье рыб — добавление раствора в аквариум (10-20 мл. на каждые 100 л. аквариумной воды). Этот метод хорош, когда нет возможности запустить компрессор, а кислород рыбам остро необходим. Процедура проделывается не больше 1-го раза в сутки, и при этом учитывается заселение аквариума: если аквариум перенаселен, то можно слегка увеличить дозировку.
3. Борьба с нежелательной живностью в аквариуме (гидры, планарии) — до 40 мл. на каждые 100 л. аквариумной воды, вносить каждый день 1 раз, продолжительность процедур 1 неделя и более. Желательно предварительно убрать растения.
4. Борьба с простейшими и паразитами — купания по 5-15 мин. (10 мл. на 1 л. воды). Необходимо следить за состоянием рыб и при надобности сократить время купания.
5. Бактериальная инфекция на теле рыбы и ее плавниках — купания (2-3 мл на 10 л воды) — 2 раза в сутки в течение 7-14 дней.
6. Борьба с сине-зелеными водорослями в аквариуме — вносить раствор в аквариум (20-30 мл. на 100 л. воды). Эффект виден на 3-й день.
7. Борьба с водорослями на растениях — купания (4 мл. на 10 л. воды) по 30-60 мин. Метод применим только для жестколистных растений — хорошо помогает в борьбе с нитчатой водорослью «вьетнамкой» (лат. Compsopogon).

Не следует забывать, что перекись водорода — очень сильный окислитель, и чтобы избежать ожогов на теле рыб и растений, перед внесением в аквариум ее следует разбавить 10-20 частями воды и только потом вносить в аквариум и непосредственно перед выходным отверстием фильтра. При применении перекиси обязательно обильное аэрирование воды. Не рекомендуется превышать дозировку более 4 мл. 3%-ной перекиси водорода на 10 л. воды.

Формы выпуска

Выпускается в виде водных растворов, стандартная концентрация 1-6 %, 30, 38, 50, 60, 85, 90 и 98 %. 30 % водный раствор пероксида водорода, стабилизированный добавлением фосфатов натрия, называется пергидролем.

См.также: Гидроперит

Опасность применения

Несмотря на то, что пероксид водорода не токсичен, его концентрированные растворы при попадании на кожу, слизистые оболочки и в дыхательные пути вызывают ожоги. В больших концентрациях недостаточно чистый пероксид водорода может быть взрывоопасен. Опасен при приёме внутрь концентрированных растворов. Вызывает выраженные деструктивные изменения, сходные с действиями щелочей. Летальная доза 30%-го раствора пероксида водорода (пергидроля) — 50—100 мл.

Ссылки

NIST Chemistry WebBook

Литература

• Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. — М.: Высшая школа, 2001.
• Карапетьянц М. Х., Дракин С. И. Общая и неорганическая химия. — М.: Химия, 1994.

Неорганические соединения водорода