H2O2

Posted on April 20, 2010

0


Đố vui

Không trẻ sao lại có già
thường dùng rữa thoa da xướt trầy
tập làm y tá ra tay
đố ai biết được đúng ngay thứ gì?

Trong số các peoxit thì hiđro peoxit H2O2 có giá trị thực tế nhất. Cấu tạo phân tử H2O2 được mô tả như sau:

Năng lượng liên kết O-O (210 kJ/mol)

H-O (468 kJ/mol)

Do sự phân bố không đối xứng các liên kết H – O, nên phân tử H2O2 có cực tính lớn (m = 2.1D) giữa các phân tử H2O2 xuất hiện liên kết hiđro khá bền, làm cho chúng liên hợp được với nhau.

Ở điều kiện thường, hiđro peoxit tinh khiết là một chất lỏng không màu, có vị kim loại, sánh như đường (khối lượng riêng là 1.44), sôi ở 152,1oC, và hoá rắn ở – 0.89oC. Nó trộn lẫn với H2O theo bất kỳ tỉ lệ nào nhờ có sự xuất hiện liên kết hiđro. Từ các dung dịch, nó tách ra dưới dạng hiđrat không bền H2O2.2H2O (nhiệt độ nóng chảy -52oC).Trong phòng thí nghiệm thường sử dụng các dung dịch H2O2 3% và 30% (dung dịch 30% gọi là pehyđrol).

Hiđro peoxit rất tinh khiết tương đối bền, nhưng khi có lẫn tạp chất như các kim loại nặng và ion của chúng hoặc khi đun nóng hoặc chiếu sáng, H2O2 phân huỷ và có thể gây tiếng nổ:

2H2O2 2H2O + O2 DH0 = -98.74 kJ/mol

Bởi vậy H2O2 và dung dịch của nó thường được bảo quản ở chỗ râm mát và tối. Để làm bền người ta cho thêm những chất ức chế như H3PO4 hay H2SO4. Ngược lại dung dịch kiềm làm nhanh quá trình phân huỷ H2O2. Dung dịch loãng của H2O2 có tính axit mạnh hơn H2O :

H2O2 + H2O H3O+ + HO2- pK = 11.6

Khi tương tác với dung dịch kiềm mạnh nó cho peoxit và ngược lại, khi cho peoxit tác dụng với dung dịch axit H2O2 được giải phóng.

Ví dụ : H2O2 + Ba(OH)2 BaO2 + 2H2O

BaO2 + H2SO4 H2O2 + BaSO4

Oxi ở trong H2O2 có số oxi hoá -1, làm cho H2O2 vừa có khả năng oxi hoá, vừa có khả năng khử. Qua thế điện cực của H2O2 trong dung dịch ta nhận thấy H2O2 vừa có khả năng oxi hoá mạnh trong cả 2 môi trường axit và kiềm.

H2O2 + 2H+ +2e 2H2O E0 = +1.77V

H2O2 + 2e 2OH- E0 = +0.87

Mặc dù thế oxi hoá của H2O2 trong môi trường axit cao hơn nhưng tốc độ phản ứng xảy ra trong môi trường kiềm lại nhanh hơn, đó là bởi vì H2O2 kém bền trong môi trường kiềm.

Qua thế oxi hoá khử của H2O2 ở trên ta thấy H2O2 có thể oxi hoá :

I- thành I2 (= 0.536V)

Sunfua thành sunfat (= 0.303V)

Asenơ thành Asenic (= 0.560V)

Ví dụ : H2O2 + H2SO4 + 2KI I2 + 2H2O + K2SO4

PbS + 4H2O2 PbSO4 + 4H2O

Vậy O3 và H2O2 chất nào có tính oxi hoá mạnh hơn? Dựa vào thế oxi hoá khử của O3 ta nhận thấy rằng O3 có tính oxi hoá mạnh hơn H2O2 cả trong môi trường axit lẫn trong môi trường bazơ.

O3 + 2H+ + 2e O2 + H2O E0 = + 2.07V

O3 + H2O + 2e O2 + 2OH- E0 = + 1.24V

Do vậy mà O3 có thể oxi hoá trực tiếp H2O2

H2O2 + O3 H2O + 2O2

Thế của phản ứng:

O2 +2H+ + 2e H2O2 E0 = + 0.68V

Như vậy H2O2 thể hiện tính khử khi tác dụng với những chất oxi hoá mạnh như O3, KMnO4, Cl2… Nghiên cứu phản ứng oxi hoá H2O2 trong dung dịch nước bởi MnO4-, Cl2,… và phản ứng phân huỷ dưới tác dụng của các xúc tác như Fe3+, MnO2 người ta thấy rõ rằng O2 được giải phóng là hoàn toàn của phân tử H2O2 chứ không phải của phân tử H2O. Điều đó chứng tỏ rằng liên kết O – O trong H2O2 không bị đứt ra mà là anion [O-O]2- mất electron.

Những ứng dụng của H2O2 đều dựa vào tính không bền và sát trùng của nó. Dung dịch H2O2 3% dùng để rửa vết thương. Phần lớn H2O2 dùng để tẩy trắng lông, len, dạ, rơm rạ, tre…Ưu điểm của nó là khi dùng dung dịch không có nồng độ cao nên không làm hỏng vật liệu. Dung dịch H2O2 đậm đặc (trên 80%) được dùng để làm chất oxi hoá dùng trong nhiều phản ứng. Dựa vào phản ứng phân huỷ của nó, người ta dùng H2O2 để làm chất tạo bọt trong ngành sản xuất các vật liệu xốp.

Trong thiên nhiên H2O2 được tạo nên dưới dạng một sản phẩm quý của quá trình oxi hoá nhiều chất bởi oxi của không khí. Trong nước mưa và trong dung dịch của một số cây cũng có những vết H2O2.

Trong công nghiệp, điều chế H2O2 bằng phương pháp điện phân và phương pháp antraquinon.

Trong phương pháp thứ nhất, người ta điện phân ở nhiệt độ khoảng 5-10o dung dịch H2SO4 50% hoặc dung dịch (NH4)2SO4 trong H2SO4 với mặt của dòng điện lớn (~ 1A/dm2) và điện cực platin. Tuy cơ chế chi tiết của quá trình điện phân chưa được biết rõ hoàn toàn, cơ chế chung có thể được viết như sau:

2HSO4- – 2e S2O82- +2H+

2SO42- -2e S2O82-

Axit peoxitdi sunfuric (H2S28) được tạo nên khi điện phân sẽ kết hợp với nước tạo nên H2O2 :

H2S2O8 + 2H2O 2H2SO4 + H2O2

Chưng cất hỗn hợp sản phẩm ở áp suất thấp sẽ được dung dịch H2O2 loãng. Có dung dịch loãng ở trong chân không rồi chưng cất phân đoạn nhiều lần được dung dịch H2O2 90 – 99%.

Trong phương pháp antraquinon người ta dùng O2 oxi hoá antraquinon đã được H2O2 và tái sinh lại antraquinon bằng cách dùng H2 khử, với chất xúc tác là Pd :

Phản ứng được thực hiện ở trong pha lỏng. Dung dịch H2O2 thu được có nồng độ 20-25%. Nguyên liệu chủ yếu được dùng trong quá trình điều chế này là hyđro, oxi, không khí và nước. Bởi vậy giá thành của H2O2 hạ hơn so với phương pháp điện phân. Trong phòng thí nghiệm, H2O2 có thể điều chế bằng cách cho BaO2 tác dụng với axit sunfuric.

About these ads
Posted in: Uncategorized