Реферат синтез na2o2 (пероксиду натрію) - банк рефератів, творів, доповідей, курсових і дипломних

Курсова робота з неорганічної хімії

У повсякденному житті пероксиди дуже важливі для людини. Пероксид водню, наприклад, широко використовується для відбілювання тканин і шерсті, соломи, пір'я. Розкладаючи фарбувальні речовини (пігменти), він не руйнує відбілюючі матеріал. У медицині H2O2 використовується як дезінфікуючий і кровоспинний засіб [1].

Велике практичне застосування також мають пероксиди лужноземельних металів, наприклад, BaO2 (для отримання H2O2, в органічному синтезі, в піротехніці, для покриття термоіонних катодів). У меншій мірі застосовують пероксид кальцію (в хлібопеченні, вулканізації бутилкаучуку), пероксид стронцію (в піротехніці), гідратів форми пероксидов магнію і цинку (в медицині) [2].

Метою цієї роботи було синтезування пероксиду водню по реакції:

2NaOH + H2O2 = Na2O2 + 2H2O. (1)

Пероксид натрію вживається для відбілювання різних матеріалів (соломи, шовку, кісток, вовни) і для виготовлення протигазів, а також при підводних роботах, в підводних човнах.

Застосування пероксиду натрію в останніх випадках засноване на процесі взаємодії між пероксидом і двоокисом вуглецю, [3]:

Na2 + O22- + CO2 = Na2 + CO32- + O2. (2)

1. Літературна частина

1.1 Загальна характеристика пероксидів

Пероксидамі називають кисневі сполуки, що містять іон кисню, в повному обсязі відновлений, у вигляді [O2] 2-, [О4] 2- або [О2] - [3].

Сполуки, що містять у своєму складі пероксогруппу (Про # 8213; О) 2- і звані пероксосоедіненіямі, розглядають як похідні пероксиду водню і ділять на два великі види: прості і комплексні. До простих пероксосоедіненіям відносяться з'єднання, звані пероксидамі, в яких пероксогруппа з'єднана з іоном або атомом металу іонної або атомної зв'язком. Ці сполуки можуть бути утворені всіма металами IА-, IIА - (за винятком берилію) і II В-групи періодичної системи Д.І. Менделєєва. У міру збільшення електронегативності металу (від лужних і лужно-земельних металів до таких d-металів, як ртуть) іонний характер зв'язку в пероксид змінюється на ковалентний [4].

Крім пероксидов формули Me2 [O2], для калію, заліза і цезію є ще пероксиди типу Me2 [O3] і Me2 [O4]. Пероксиди типу Me2 [O4] мають будову Me2 + [[O2] 2-O2] 2-, тобто молекулярний кисень в цих з'єднаннях знаходиться в комплексі з іоном кисню [O2] 2: [[O2] 2-O2] 2 - [3].

До комплексних пероксосоедіненіям відносяться з'єднання, в яких пероксогруппа є лігандом. Такі сполуки утворюють елементи III і наступних груп періодичної системи.

Комплексні пероксогруппи прийнято ділити на п'ять груп. Перша з них - це пероксокислот і їх солі загального складу [Еп (О22-) xLy] z-, в яких один або кілька пероксид-іонів входять в комплексний іон, граючи роль або монодентатно лиганда (Е-О-О-), або бідентатного лиганда (О-О), або мостикового лиганда (Е-О-О-Е) з утворенням многоядерного комплексу, де Е - елемент-комплексоутворювач і L - ліганди, до яких відноситься і О2.

До цієї групи сполук відносяться численні пероксокислот, утворені сірою. Відома пероксомоносерная кислота (кислота Каро) складу H2SO5. Лігандная пероксогруппа в комплексах грає роль мостиковой зв'язку переважно між атомами неметалів. Це має місце, зокрема, в пероксодісерной кислоті складу H2S2O8 - білому кристалічному легкоплавка речовині.

Другу групу пероксидних комплексів утворюють сполуки, що містять пероксогруппу в складі комплексного катіона або комплексної молекули і тому не є пероксокислот або їх солями. Склад таких комплексів може бути виражений формулою: [Еn (O2) x Ly] z.

Третю, четверту і п'яту групи пероксидних комплексних сполук утворюють пероксиди, що містять, відповідно, або кристалізовану воду (наприклад, кристалогідрати: Na2O2Ч8H2O і CaO2Ч8H2O), або кристалізаційний пероксид водню (наприклад, крісталлопероксогідрати: Na2O2Ч4H2O2, 2Na2СO3Ч3H2O2 і CaO2Ч2H2O2), або і те й інше (наприклад, кристалогідрати - пероксогідрати: Na2O2Ч2H2O2Ч4H2O і Na3 PO4Ч2H2O2Ч4H2O) [4].

Характерною властивістю перекисних сполук, як простих, так і комплексних, є здатність утворювати пероксид водню при взаємодії з розведеними розчинами кислот, а також виділяти кисень в активній формі при термічному розкладанні або дії води і інших хімічних агентів. Інші сполуки, які можуть бути джерелом кисню, як, наприклад, нітрати, хлорати, перхлорати, перманганат і деякі оксиди, не виділяють пероксид водню при дії води. Кисень вони виділяють тільки при нагріванні і в присутності каталізаторів [5].

1.2 Отримання пероксидов

Всі прості пероксосоедіненія можуть бути отримані обмінної реакцією між H2O2 і гідроксидом потрібного металу.

Висока реакційна здатність лужних металів (за винятком літію) по відношенню до кисню дозволяє синтезувати їх пероксиди безпосереднім окисленням металу киснем при атмосферному тиску. Ця здатність обумовлена ​​тим, що Na, K, Rb і Cs, на відміну від інших металів, володіють найбільшими значеннями атомного радіусу і найменшими значеннями енергії іонізації. Літій ж цими властивостями не володіє, і синтез пероксиду літію здійснимо лише взаємодією гідроксиду з розчинами H2O2 [2].

Лабораторні способи отримання пероксидів зводяться до окислення надлишком кисню розчинів металів в рідкому аміаку або ж до безпосереднього спалювання їх при температурі близько 300-400 º С, при цьому утворюються не тільки пероксиди типу Me2O2, але у калію, заліза і цезію - типу Me2O4.

Пероксид літію в чистому вигляді добувають з кристалічної сполуки Li2O2ЧH2O2Ч3H2O, висушуючи його над P2O5 або H2SO4 в ексикаторі. Саме з'єднання Li2O2ЧH2O2Ч3H2O викристалізовується з спиртового розчину суміші Li (OH) і H2O2.

Для натрію відомий гідрат складу Na2O2Ч8H2O утворюється при взаємодії Na2O2 з водою при сильному охолодженні. Крім згаданого з'єднання, може бути отриманий і гідрат складу Na2O2Ч2H2O2Ч4H2O, легко втрачає воду при висушуванні в ексикаторі.

Пероксид барію BaO2 отримують окисленням BaO в струмі кисню при 500-520єС, пероксидні сполуки інших елементів цієї групи - взаємодією відповідних гідроксидів з розчинами H2O2 [3].

1.3 Фізичні та хімічні властивості пероксидів

Пероксиди лужних металів є тверді кристалічні речовини різного кольору: пероксид літію - білого, натрію - слабо-жовтого, калію - рожевого, рубідію і цезію, по-видимому, теж рожевого кольору.

Пероксиди типу Me2 [O3] пофарбовані в різні відтінки коричневого кольору. Їх температура плавлення трохи нижче температур плавлення відповідних пероксидів типу Me2 [O2], але також підвищуються від калію до цезію (таблиця-1):

Таблиця 1. Температури плавлення пероксидів типу Me2 [O3]

Колір K2O4 помаранчевий, Rb2O4 темно-коричневий, Cs2O4 жовтий.

Пероксиди Ca, Sr, Ba і гідратів форми пероксиди Mg, Zn і Cd в чистому вигляді безбарвні і діамагнітни; пероксид ртуті HgO2 жовтого кольору.

Пероксиди термічно дуже стійкі; стійкість їх підвищується зі збільшенням заряду ядра. Однак зі збільшенням кількості кисню в молекулі їх температури плавлення і термічна стійкість знижуються.

Будучи солями слабкої кислоти, вони при розчиненні у воді піддаються гідролізу:

Na2 + [O2] 2 + 2H + OH- → H2 + [O2] 2 + 2Na + OH- (3)

Пероксиди ж типу Me + 2 [O4] 2 - при гідролізі дають крім пероксиду водню і молекулу кисню:

K2 + [O4] 2 + 2H + OH- → H2 + [O2] 2 + O2 + 2K + OH- (4)

При дії кислот протікають ті ж самі реакції:

Na2 + [O2] 2 + H2 + SO42- → H2 + [O2] 2 + Na2 + SO42-, (5)

K2 + [O4] 2 + H2 + SO42- → H2 + [O2] 2 + O2 + K2 + SO42- (6)

Всі пероксиди взаємодіють з вуглекислим газом, виділяючи кисень:

2Na2O2 + 2CO2 ↑ = 2Na2CO3 + O2 ↑. (7)

У всіх пероксидних сполуках, як простих, так і комплексних (відомих в даний час для півсотні елементів), ступінь окислення утворить їх елемента є максимальною і дорівнює номеру групи, до якої відноситься цей елемент [3].

1.4 Редокс властивості пероксидів

Пероксиди лужних металів можуть бути окислювачами і відновниками. Окисні властивості обумовлюються наявністю в них пероксидного іона [O2] 2-, здатного приймати електрони.

Найчастіше протікають реакції, що супроводжуються руйнуванням зв'язку О-О або зміною заряду іона О22- Можна вважати, що О22 - радикал приєднує або втрачає електрони: О22- + 2 e- = 2О-2 - окислювач, О22- - 2 e- = О2 - відновник.

У першому випадку пероксиди проявляють окисні властивості, у другому відновлювальні. наприклад:

2KI + Na2O2 + 2H2SO4 = I2 + Na2SO4 + K2SO4 + 2H2O, (8)

2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 5O2 + K2SO4 + 8H2O. (9)

Окисні властивості пероксидів виражені сильніше, ніж відновлювальні:

H2O2 + 2H + + 2e- = 2H2O, E0298 = 1,77 в,

H2O2 - 2e- = O2 + 2H +, E0298 = 0,68 в.

Так як пероксиди проявляють окисні і відновні властивості, то в відповідних умовах вони піддаються реакції диспропорціонування:

Li2 + [O2] 2 + Li2 + [O2] 2 → O2 + 2Li2 + O2- (10)

Однак реакція диспропорціонування не протікає при звичайній температурі, якщо пероксид зберігається в сухому місці в щільно закритій посудині. Це пояснюється тим, що у вологому повітрі або у водному розчині пероксид як сіль слабкої кислоти піддається гідролізу і при цьому утворюється перекис водню, яка термічно міцна. Молекули її знаходяться не в однаковому енергетичному стані, і тому між ними настає реакція диспропорціонування [3].

1.5 Пероксид водню і його властивості

З пероксидів найбільше практичне значення має пероксид водню H2O2.

Енергія зв'язку О-О (210 кДж / моль) майже в два рази менше енергії зв'язку O-H (468 кДж / моль).

Через несиметричного розподілу зв'язків H-O молекула H2O2 сильно полярна (μ = 2,1 D). Між молекулами H2O2 виникає досить міцна воднева зв'язок, що викликає їх асоціацію. Тому в звичайних умовах пероксид водню - блідо-блакитна сиропообразная рідина (щільність 1,44) з досить високою температурою кипіння (150,2єС) і хорошою іонізуючий розчинник. При - 0,43єС пероксид водню замерзає. З водою змішується в будь-яких відносинах завдяки виникненню нових водневих зв'язків. З розчинів виділяється у вигляді нестійкого кристалогідрату H2O2 · 2H2O (температура плавлення - 52єС). У лабораторії зазвичай використовуються 3- і 30% -е розчини H2O2 (останній називають пергідролем).

У водних розчинах пероксид водню - слабка кислота (Кіоніз = 2,24 · 10-12):

H2O ··· H2O2 ↔ OH3 + + HO2- (11)

У хімічних реакціях пероксид - радикал може, чи не змінюючись, переходити в інші сполуки, наприклад:

H2O2 + 2NaOH = Na2O2 + 2H2O, (12)

BaO2 + H2SO4 = BaSO4 + H2O2. (13)

Остання реакція використовується для отримання пероксиду водню [5].

При нагріванні пероксиду натрію при 311-400 ° С спостерігається деяка втрата активного кисню, бурхливий розкладання починається при 540 ° С. Плавиться пероксид натрію вище 596 ° С і повністю віддає свій активний кисень при 675 ° С. Розчиняється в воді. При цьому утворюються NaOH, H2O2 і виділяється певна кількість кисню, тому що лужне середовище і підвищена температура сприяють розкладанню H2O2. З розведеними кислотами пероксид натрію реагує з утворенням відповідних солей і пероксиду водню. Енергійно реагує з киснем, сіркою, натрієм, моно- і діоксидом вуглецю. Відомі молекулярні сполуки пероксиду натрію з водою (октагідрат Na2O2Ч8H2O), з пероксидом водню (діпероксігідрат Na2O2Ч2H2O2) і з водою і пероксидом водню (тетрагідрат діпероксігідрата Na2O2Ч2H2O2Ч4H2O). З вологою і вуглекислим газом повітря пероксид натрію реагує з утворенням NaOH, Na2CO3 і з виділенням кисню. На цьому грунтується його застосування для регенерації повітря в закритих приміщеннях.

Пероксид натрію отримують окисленням розплавленого на деках металевого натрію в противотоке очищеного від CO2 і висушеного повітря або форсункових апаратах. Для отримання високоякісного пероксиду натрію рекомендується відновлювати пероксид натрію, отриманий окисленням металу, до окису шляхом нагрівання при 130-200 ° С з невеликими порціями металевого натрію в інертній атмосфері, зволоженою парами води, а отриманий таким чином оксид окисляти до пероксиду в обертових печах при 250 -400 ° С. Отриманий продукт містить 96-98% Na2O2. Оскільки пероксид натрію вельми агресивний по відношенню до металів, при його отриманні користуються зазвичай реакторами з нікелевих сплавів, покритих графітом, і мішалками з цирконію.

Пероксид натрію виробляють в значних кількостях. Застосовують в основному для відбілювання бавовняних, лляних і вовняних тканин, джутових матеріалів. Широко використовують для відбілювання деревної маси - механічної пульпи (меленої деревини), сульфатної і сульфітної пульпи, пульпи з старого паперу і напівхімічним пульпи, а також віскозної маси, соломи та інших матеріалів. У герметично закритій тарі пероксид натрію не схильний до розкладання навіть при тривалому зберіганні. Судини з пероксидом натрію слід зберігати в прохолодному місці, далеко від займистих матеріалів. Сам по собі пероксид натрію не запалюється, але горить за зіткненні з органічними речовинами, наприклад деревом, маслом, папером або відновниками в присутності вологи [6].

Він вживається для відбілювання різних матеріалів (соломи, шовку, кісток, вовни та ін.) І для виготовлення протигазів, а також при підводних роботах, в підводних човнах і т.п.

Застосування пероксиду натрію в останніх випадках засноване на процес взаємодії між пероксидом і двоокисом вуглецю:

Na2 + [O2] 2 + CO2 = Na2 + CO32- + O2. (14)

Видихається легкими вуглекислий газ поглинається з одночасним виділенням газоподібного кисню. Останній знову може служити для дихання [3].

Розчини пероксиду водню широко використовуються для відбілювання тканин і шерсті, соломи, пір'я. Розкладаючи фарбувальні речовини (пігменти), пероксид водню не руйнує відбілюючі матеріал. У медицині він використовується як дезінфікуючий і кровоспинний засіб.

У агрохімічних і ґрунтових лабораторіях пероксид водню використовують для озоления зразків грунту або рослинного матеріалу. Концентрований пероксид водню в суміші з горючими матеріалами служить для виготовлення вибухових складів [1].

У хімічній практиці він застосовується як окислювач, «не бруднити» розчини продуктами відновлення, так як при цьому виходить тільки вода [7].

Практичне застосування має в основному BaO2 (для отримання H2O2, в органічному синтезі, в піротехніці, для покриття термоіонних катодів). У меншій мірі застосовують пероксид кальцію (в хлібопеченні, вулканізації бутилкаучуку), пероксид стронцію (в піротехніці), гідратів форми пероксидов магнію і цинку (в медицині) [2].

2. Експериментальна частина

2.1 Прилади та реактиви

Мірні колби на 50 мл;

Насичений розчин гідроксиду натрію;

Розчин пероксиду водню, 42%.

Розрахуємо скільки потрібно взяти вихідних речовин для отримання 10 м пероксиду натрію.

Обчислення проводимо по реакції:

2NaOH + H2O2 = Na2O2 + 2H2O. (15)

Дано: m (Na2O2) = 10 гр .;

М (Na2O2) = 78 м / моль;

М (NaOH) = 40 м / моль;

М (H2O2) = 34 м / моль;

а) Розрахуємо скільки моль становить 10 м пероксиду натрію:

n (Na2O2) = 10 м / 78 м / моль = 0,13 моль.

б) Розрахуємо масу вихідних речовин:

m (NaOH) = 2 моль * 40 м / моль * 0,13 моль = 10,4 м

m (H2O2) = 34 м / моль * 0,13 моль = 4,4 м

в) Розрахуємо масу 35% розчину H2O2:

100 грам - 35 грам

x грам - 4.4 грам,

звідки x = 12.6 грам

г) Розрахуємо обсяг пероксиду водню:

де р - щільність 35% розчину H2O2.

V = 12,6 / 1.130 = 11. 1 мл

Після розрахунків з'ясували, що для отримання 10 м пероксиду водню потрібно взяти вихідних речовин: m (NaOH) = 10,4 г, V = 11. 1 мл.

2.3 Проведення синтезу

Взяли 10,4 грам сухого гідроксиду натрію і в колбі розчинили в 20 мл води, потім налили в іншу колбу 35% розчин пероксиду натрію. Поставили обидва розчини в холодильник. Після охолодження їх до 00С змішали 11.1 мл розчину пероксиду водню і розчин гідроксиду натрію [8]. Відразу утворився жовтий каламутний розчин з білим осадом на дні, який тут же розчинився.

1. Вивчено процес отримання пероксиду натрію.

2. Показано, що в умовах лабораторії отриманий осад Na2O2 дуже нестійкий, при спробі виділення його з розчину розчиняється.

1. Ремі, Г. Курс неорганічної хімії / Г. Ремі - М. Мир, 1978. - 606 c.

2. Глінка Н.Л. Загальна хімія / Н.Л. Глінка - Л. Хімія, 1988. - 306 c.

3. Михайленко Я.І. Курс загальної та неорганічної хімії / Я.І. Михайленко - М. Вища школа, 1966. - 238 c.

6. Коротка хімічна енциклопедія / під ред. И.Л. Кнунянц - М. Радянська енциклопедія, 1964. - 379 с.

8. Карякін, Ю.В. Чисті хімічні речовини / Ю.В. Карякін, І.І. Ангелів - М.: Хімія, 1974. - 267 c.

Схожі статті