شيمي

خصوصیات آب اکسیژنه

به مرور آب اکسیژنه تجزیه و تبدیل به آب واکسیژن می‌گردد. این عمل تجزیه در محیط بازی سریعتر و محیط اسیدی کندتر تا در محیط خنثی صورت می‌گیرد. ممکن است که اگر مدت مدیدی آب اکسیژنه را انبار کنند، کاملا تجزیه و تبدیل به آب گردد. بر اثر گرد بعضی اجسام عمل تخریب آب اکسیژنه تسریع می‌گردد مانند گرد بی‌اکسید منگنز و گرد فلزات و …

اگر بر روی محلول آب قدری از اجسام پایدار کننده مانند اسید فسفریک اوره اسید بنزوئیک و نظیر آنها بیافزایند، عمل تخریب بسیار کند می‌گردد. آب اکسیژنه اثر میکروب کشی و بوبری دارد چنانکه اگر یک تکه کالباس قرمز را درون ظرف محتوی آب اکسیژنه قرار دهیم پس از چند روز محتویات ظرف کاملا بی‌بو است و بوی گندیده نمی‌دهد. آب اکسیژنه رنگها را نیز تخریب می‌کند بهمین دلیل تکه کالباس درون ظرف بعد از مدتی بی‌رنگ می‌شود

 

آب اكسيژنه  خالص مایعی است بیرنگ  كه در بسیاری از خواص فیزیكی به آب شباهت دارد و حتی میزان تجمع آن از طریق پیوند هیدروژنی بیشتر بوده و 40% از آب سنگین‌تر است. آب اكسیژنه دارای ثابت دی‌الكتریك بالا است و لیكن كاربرد آن به عنوان حلال یونیزه كننده به واسطه‌ی خاصیت اكسندگی قوی و تجزیه‌ی سریع آن در حضور حتی مقادیر جزئی از یونهای فلزات سنگین طبق واكنش زیر، محدود می‌شود:
H₂O₂ = 2H₂O + O₂ تغییر انتالپی = 99-  kj/mol
در محلول آبی رقیق، آب اكسیژنه بیشتر از آب خاصیت اسیدی دارد:
H₂O₂ = H⁺+2OH^-                                           K = 1.5 × 10^-12
 مولكول آب اكسیژنه دارای ساختمان زنجیری تابدار است.
شیمی واكنشهای اكسایشی – كاهشی H₂O₂ در محلول آبی با پتانسیلهای زیر خلاصه می‌شود:
H₂O₂ + 2H⁺ + 2e = 2H₂O             E= 1.77V
O2 + 2H⁺ + 2e = H₂O₂               E = 0.68V
HO^2- + H₂O + 2e = 3OH^-                  E= 0.87V
این پتانسیلها نشان می‌دهند كه آب اكسیژنه هم در محیط اسیدی و هم در محیط بازی اكسنده‌ای بسار قوی است و آب اكسیژنه فقط در مقابل اكسنده‌های بسیار قوی مثل یون منفی MnO₄-نقش كاهندگی دارد.
محلولهای رقیق یا 30% آب اكسیژنه، به طور وسیعی به عنوان اكسنده مورد استفاده قرار می‌گیرند. عمل اكسایش به وسیله آب اكسیژنه در محیط اسیدی كند است، در حالی كه در محیط بازی معمولا" سریع است. تجزیه آب اكسیژنه به آب و O₂ كه ممكن است به عنوان خود اكسایش در نظر گرفته شود، در محیط بازی با سرعت بیشتر انجام می‌شود، بنابراین بهترین روش برای از بین بردن مقادیر اضافی H₂O₂، گرما دادن آن در محیط بازی است.
 

موارد استعمال آب اکسیژنه

از آنجایی که آب اکسیژنه بوبر است در موقع معالجه زخمهای بدبو مورد استعمال قرار می‌گیرد.

همچنین لکه شراب قرمز و خون و قهوه و غیره را هم می‌توان بوسیله آب اکسیژنه پاک نمود. در قرصهای اریتزون آب اکسیژنه به اوره متصل است و چون این قرصها را در دهان بگذارند، اکسیژن می‌دهد. پس هم میکروبهای دهان را می‌کشد و هم دندانها را سفید می‌نماید.

بسیاری از خمیر دندانها و سایر اجسامی که برای پاک کردن دندانها بکار می‌رود در موقع استعمال تولید آب اکسیژنه می‌کنند و اکسیژن این آب اکسیژنه دندان را سفید می‌نماید.


آب اکسیژنه در بی‌رنگ کردنشاخ ، پشم گوسفند پنبه کنف ، کاه ، چوب کاغذ روغن ابریشم، عاج ، پر و غیره بکار می‌رود. رنگ بعضی لکه‌های صورت را هم آب اکسیژنه تخریب می‌کند. اگر موی سیاه را پس از شستن با کربنات سدیم ( تا چربی آن برطرف شود ) در محلول آب اکسیژنه بگذارند به رنگ روشن در می‌آید.


اگر موی سیاه سر را با مخلوطی از 100 گرم آب اکسیژنه 30% و چهار قطره محلول آمونیاک تر نمایند و پس از 10 تا 20 دقیقه با آب خالص و سپس با محلول اسید استیک‌دار بشویند، بور مایل به قرمز می‌شود.


وجود آمونیاک از این جهت لازم است که آب اکسیژنه در حضور قلیاییها سریعتر اکسیژن می‌دهد و در نتیجه موها تندتر بور می‌شوند. مصرف مکرر آب اکسیژنه برای مو مضر است زیرا که مو را شکننده می‌نماید. در جنگ جهانی آب اکسیژنه 85%برای اکسیداسیون سریع الکل در زیر دریاییها و موشکها مصرف می‌کردند. آب اکسیژن رقیق را برای قرقره کردن هم بکار می‌برند. شناسایی آب اکسیژنه

در یک لوله آزمایشی که قبلا چند سانتی‌متر مکعب محلول بی‌کرمات پتاسیم و قدری اسید سولفوریک رقیق ریخته‌ایم آب اکسیژنه می‌افزاییم در نتیجه رنگ آبی تند که بعدا تبدیل به سبز می‌شود، ظاهر می‌گردد. بهمین طریق می‌توان وجود آب اکسیژنه را در اریتزن ثابت نمود

 

تهیه آب اکسیژنه و بررسی برخی از خواص آن

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

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.

روش کار:

مقدار 12.5 ميلي ليتر اسيد سولفوريك 20 درصد را در حمام آب يخ قرار مي دهيم تا سرد شود و بعد به مقدار 2.5 گرم پروكسيد باريم را به تدريج به اسيد سرد اضافه مي كنيم بعد از آن به محلول 0.5 گرم كربنات باريم اضافه مي كنيم  محلول را در حمام آب سرد قرار مي دهيم تا كاملا ً سرد بشود بعد محلول را صاف مي كنيم زير صافي را كه آب اكسيژنه است نگه مي داريم .

 

BaO₂ + H₂SO₄  →  H₂O₂ + BaSO₄

 

طرز شناسایی آب اکسیژنه

مقدار كمي از پودر MnO₂ را در يك لوله آزمايش مي ريزيم و به آن قطره قطره آب اکسیژنه را اضافه مي كنيم كه بر اثر اين فرايند از لوله آزمايش حباب خارج مي شود.

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

 

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

 

در شناسايي 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

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

 

مقدار 1ميلي ليتر از محلول پتاسيم يديد را در يك لوله آزمايش ريخته ومحيط را اسيدي مي كنيم و به آن قطره قطره آب اكسيژنه اضافه ميكنيم تا رنگ محلول زرد يا قهوهاي شود وبا استفاده از معرف چسب نشاسته وجود يد را در محلول شناسايي مي كنيم رنگ محلول به رنگ آّبي و به علت نا پايداري به قهوهاي تيره تغيير رنگ ميدهد.

 

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

   مقداري پودر سولفات آهن را در آب مقطر حل مي كنيم وبعد محيط را اسيدي مي كنيم و به محلول آب اكسيژنه را اضافه مي كنيم و شناسا گر [Fe(CN)₆] را به محلول اضافه مي كنيم تا رنگ محلول به رنگ آبي تغيير رنگ دهد.

 

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

                              FeSO₄+H₂O₂+H₂SO₄        Fe₂(SO₄)₃ +2H₂O    

 

1)PH  آب اكسيژنه چيست؟

 

اب اکسیژنه به صورت یک اسید ضعیف عمل کرده زیرا ثابت یونیزاسیون ان بسیار پایین بوده و تا حدودی شبیه اب است محلول خالص اب اکسیژنه و تا حد زیادی محلول خالص و اسیدی شده اب اکسیژنه را منحصرا بحالت یونیزه نشده (فعال نشده ) اب اکسیژنه اطلاق می کنند.
PH اب اکسیژنه صنعتی کمتر از 3 می باشد و بشرط انکه ph ان را تا حد پایین تر نگه داریم پایداری محصول در حرارت بالا بسیار خوب خواهد بود .

 

 

2 ) نرماليته و ارزش حجمي آّب اكسيژنه را چگونه مي توان تعيين كرد؟

 

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

 

 

 

3) با استفاده از روش اربيتال مولكولي وجود الكترونهاي منفرد را در مولكول اكسيژن نشان دهيد؟

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4)واكنشهاي زير را به صورت موازنه شده بنويسيد؟

1.Cr₂O₇^2-+H₂O₂+16H⁺ +8e^- 2Cr₃⁺+9H₂O

2.2Cr₂O₇^2-+H₂O₂+4OH^- 4CrO₄^-+4H₂O+O₂+4e^-

3.H₂O₂+OH^- H₂O+OOH^-

4.PO₃^2-+H₂O₂ PO₄^-+H₂O+e

5.S₂O₃^2-+H₂O₂ 2SO₂^-+H₂O