Nadtlenek wodoru – historia, właściwości, badanie kinetyki rozkładu

Nadtlenek wodoru – historia, właściwości, badanie kinetyki
rozkładu katalitycznego.
Jakub Skrzeczkowski, Patryk Rybczyński, Ala Wichowska, Aleksander Gurtowski
Zespół Szkół UMK Gimnazjum i Liceum Akademickie, Toruń
Nadtlenek wodoru to związek o wzorze H2O2. Od dawnych lat stosuje się go jako 3%
woda utleniona do odkażania ran. Dziś ma wiele innych zastosowań, np.: jako „wybielacze na
bazie aktywnego tlenu” czy jako 30% perhydrol (stosowanego jako utleniacz). Natomiast
85%-98% roztwory zwane ingolinami wykorzystuje się do utleniania paliwa rakietowego[1].
Nadtlenek wodoru odkrył Louis Thenard [2], przeprowadzając reakcję kwasu
azotowego (V) z nadtlenkiem baru. Inne, wydajniejsze metody otrzymania to elektroliza 50%
roztworu kwasu siarkowego bądź reakcja uwodornienia antrachinonu (lub jego pochodnych) i
samorzutne utlenienie powstałego związku.
Chemicznie, związek ten ma budowę o kącie pomiędzy
wiązaniami H-O a wiązaniem O-O 94,8°. Wiązania te nie leżą w jednej
płaszczyźnie. Jego roztwory wodne są nieznacznie kwaśne, co wynika z
zachodzącej równowagi: H2O2 + H2O ↔ H3O+ + HO2 –. Znane są nie
tylko połączenia H2O czy H2O2 ale też H2O3 bądź H2O5.
W ramach projektu badaliśmy kinetykę reakcji rozkładu wody utlenionej wg
przepisów opracowanych na podstawie skryptów do chemii fizycznej [3,4,5]. Badanie
polegało na okresowym miareczkowaniu wody utlenionej roztworem KMnO4. Zakładając
pierwszy rząd reakcji można powiedzieć, że krzywa ln(v) = f(t) jest linią prostą (v to ilość
KMnO4 zużyta na zmiareczkowanie). Ponadto, z nachylenia wykresu tej funkcji można
wyznaczyć stałą szybkości .
Powszechnie wiadomo, że rozkład wody utlenionej może być katalizowany przez
MnO2. Do opisu kinetyki reakcji katalitycznej można wykorzystać teorię Ostwalda, który
(
)
zakłada, że równanie kinetyczne takiej reakcji jest następujące:
(k1
oraz k2 to stałe, a b to stężenie katalizatora). Zakładając, że stała szybkości reakcji to
można powiedzieć, że
. A zatem, stała szybkości reakcji
katalitycznej zależy liniowo od stężenia katalizatora.
Chcąc zbadać kinetykę reakcji katalizowanej, do każdej
próbki dodaliśmy kolejno 1,2,3,4 ml KMnO4, który reaguje z
wodą tworząc MnO2. Następnie sposób postępowania był
analogiczny do poprzedniego, dzięki czemu otrzymaliśmy różne
stałe szybkości. Ponadto, można narysować wykres k = f(b), dzięki
czemu sprawdzimy czy katalityczny rozkład wody utlenionej
spełnia założenia teorii Ostwalda.
Literatura:
1. http://pl.wikipedia.org/wiki/Nadtlenek_wodoru
2. http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_peroxide#History
3. T. Bieszczad, M. Boczar, D. Góralczyk, Ćwiczenia laboratoryjne z chemii fizycznej,
Wydawnictwo Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków 1995
4. K. Kreiner, A. Nodzeński, Ćwiczenia laboratoryjne z chemii fizycznej, Wydawnictwo
Akademii Górniczo - Hutniczej, Kraków 1992
5. http://www.ununokt.ovh.org/share/ChF/Cw.13.pdf