Зрелищные опыты с перекисью водорода для всей семьи

30 %-ный водный раствор пероксида водорода, стабилизированный добавлением фосфатов натрия, называется пергидролем.

Ежегодное мировое производство Н2О2 превышает 100 тыс. тонн.

3. Строение молекулы

Структурная формула пероксида водорода Н-О-О-Н показывает, что два атома кислорода непосредственно соединены друг с другом. Связь эта непрочна и обусловливает неустойчивость молекулы. И это неудивительно. В молекуле пероксида водо­рода кислород находится в очень неустойчивой нечетной степени окисления -1.

Молекула пероксида водорода не линейна, имеет забавную форму – она похожа на полураскрытую книгу, где атомы кислорода находятся как раз на корешке, а атомы водорода на страницах…

Вследствие несимметричности молекула H2O2 сильно полярна. Относительно высокая вязкость жидкого пероксида водорода обусловлена развитой системой водородных связей. Поскольку атомы кислорода имеют неподелённые электронные пары, молекула H2O2 также (как вода) способна образовывать донорно-акцепторные связи.

4. Физические свойства

Перекись водорода – это бесцветная (в больших объемах чуть синеватая) прозрачная, слегка вязкая жидкость со слабым своеобразным запахом, с «металлическим» вкусом, неограниченно растворимая в воде, спирте и эфире. Концентрированные водные растворы взрывоопасны. Молекулярная масса пероксида водорода 34, почти в 1,5 раза больше, чем у воды.

Пероксид водорода является хорошим растворителем. Из воды выделяется в виде неустойчивогокристаллогидрата H2О2•2H2O.

Чистый пероксид водорода имеет плотность около 1,5г/мл, кипит при 150˚С. Молекулы ассоциированы, подобно воде. Замерзание сопровождается сжатием (в отличие от воды) и превращением в белые кристаллы. Точка замерзания -0,5˚С, т.е. чуть ниже образования льда.

При действии на кожу крепких растворов (пергидроля) получаются ожоги, причем обожженное место окрашивается в белый цвет.

Используется Н2О2 чаще всего в виде 3%-го водного раствора, который по свойствам значительно отличается от чистого пероксида водорода.

H₂O₂ — простейший представитель пероксидов, солей пероксида водорода.

Пероксиды металлов Me2O2 – твердые вещества, растворимые в воде, имеет окраску от светло-желтого у Na2O2 – до темно-коричневого у Rb2O2.

5. Химические свойства

1. 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:

2H2O2 → 2H2O O2

Разложение пероксида водорода идёт быстрее при нагревании и на свету. Поэтому хранить его следует в тёмном прохладном месте. Однако  очень чистый пероксид водорода устойчив.

2.  Пероксид  водорода проявляет слабые кислотные свойства, и поэтому диссоциирует по двум ступеням:

Н2О2 ↔ Н НО2-

НО2- ↔ Н О22-

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

Н2O2  2NaOH → Na2O2  2H2O

https://www.youtube.com/watch?v=5WrjIf46yoI

H2O2  Ba(OH)2 → BaO2↓ 2H2O

Как двухосновная кислота Н2О2 образует не только cредние соли (пероксиды), но и кислые (Ва(НО2)2, NaHO2 и др.) Кислые соли менее подвержены гидролизу, но легко разлагаются при нагревании с выделением кислорода:

2NaHO2 → 2NaOH O2.

Выделяющаяся щелочь, как и в случае Н2О2, способствует разложению.

Пероксидная группа [—O—O—] входит в состав многих веществ. Такие вещества называют пероксидами, или пероксидными соединениями. Кроме пероксидов металлов к ним относятся кислоты, содержащие пероксидную группу, называют пероксокислотами, например, пероксомонофосфорная H3PO5 и пероксидисерная H2S2O8 кислоты.

4. Пероксид водорода является сильным окислителем, т.е. легко отдаёт свой лишний (по сравнению с более устойчивым соединением – водой) атом кислорода. Так, при действии безводной и даже высококонцентрированной Н2О2 на бумагу, опилки и другие горючие вещества они воспламеняются.

Характерный для пероксида водорода окислительный распад может быть схематично изображён так:

Н2О2 = Н2О О

Кислая среда более благоприятствует этому распаду, чем щелочная:

Пероксид  водорода окисляет нитриты в нитраты, выделяет иод из иодидов металлов, расщепляет ненасыщенные соединения по месту двойных связей. Вот некоторые уравнения химических реакций:

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

PbS 4H2O2 = PbSO4 4H2O

KNO2 H2O2 = KNO3 H2O

H2O2 2HCl = 2H2O Cl2

H2O2 2KI H2SO4 = I2 K2SO4

Растворы Н2О2 обесцвечивают многие органические соединения, например, индиго. Это также связано с окислительным действием.

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

O22− — 2e− → O2

В кислой среде восстановительный распад идет труднее, щелочная среда более благоприятствует такому распаду.

Восстановительный распад пероксида водорода имеет место, например, в присутствии оксида серебра:

Ag2O H2O2 = 2Ag H2O O2

Аналогично, по существу, протекает его взаимодействие с озоном и с перманганатом калия в кислой среде:

O3 H2O2 = H2O 2O2

2KMnO4 4H2O2 3H2SO4 = K2SO4 2MnSO4 5O2 8H2O

Последняя реакция применяется в химическом анализе для количественного определения содержания Н2O2.

6. Пероксиды щелочных металлов являются сильными окислителями. Реакции со многими веществами (порошкообразный Al, уголь, эфир, хлопок и др.) происходят настолько энергично, что сопровождаются взрывом.

Пероксид натрия получают СО2 с выделением кислорода:

2Na2O2 2CO2 → 2Na2CO3 O2↑

Это свойство используется в дыхательных аппаратах для водолазов и пожарных, а также для обновления воздуха в закрытых помещениях, в частности, на подводных лодках.

6. Бактерицидные свойства

Перекись водорода обладает универсальным противомикробным действием. К ней чувствительны грамположительные и грамотрицательные бактерии, вирусы, многие виды патогенных грибов. Вызывает гибель спор большинства спорогенных бактерий. Противомикробное действие Н2О2 связано с ее высокой окислительной активностью.

2Н2О2 = Н2О О2↑

При контакте с живыми тканями пероксид водорода разлагается с выделением кислорода. Отсюда его противомикробное действие.

Выделяющийся при ее разложении микробными и тканевыми протеазами кислород окисляет сульфгидрильные и гидроксильные группы белков и липидов, вызывая гибель микробов.

II. ПРИМЕНЕНИЕ ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА

1. В промышленности

   Безусловно, такой уникальный окислитель, как перекись водорода, используется в самых разных промышленных отраслях и в самых разных сферах повседневной жизни.

1. Целлюлозно-бумажная и текстильная промышленность — самая большая область применения перекиси водорода в качестве отбеливающего вещества. Химикат используется, как при отбелке химической массы (сульфатной и сульфитной), так и при отбелке различных типов механической массы, также для регенерации макулатуры. Перекись водорода используется в текстильной промышленности, как эффективное отбеливающее средство для хлопка, текстиля, шерсти, мехов, различных искусственных и синтетических волокон.

Почему же промышленность предпочитает использовать для отбеливающих процедур именно перекись водорода? Дело в том, что этот окислитель обладает очень мягким действием и не оказывает никакого вредного влияния непосредственно на материал, который отбеливается, то есть не повреждает его структуру.

  Еще одна важная особенность — это то, что применение для отбеливания перекиси водорода не наносит никакого вреда для окружающей среды, то есть использование этого вещества не способно ухудшать экологическую ситуацию. Ведь отбеливание, по сути, производится при помощи кислорода, поэтому ни загрязнения атмосферы, ни загрязнения водных ресурсов просто невозможны. Именно поэтому многие производства, в том числе и целлюлозные комбинаты, отказались от отбеливания своей продукции при помощи хлора, который использовался с этой целью раньше.

1. Химическая промышленность использует перекись водорода для промышленного синтеза неорганических и органических химических веществ, при производстве полимерных материалов, в том числе и некоторых пористых веществ. В аналитической химии пероксид водорода используется в качестве пенообразователя при производстве пористых материалов, в производстве дезинфицирующих и отбеливающих средств. Пероксид водорода находит также своё применение в качестве катализатора и гидрирующего агента.

2. Металлургическая промышленность применяет Н₂О₂ для обработки металлических поверхностей, для очистки, травления, полировки или пассивации ряда металлов и сплавов; для извлечения из руд ценных металлов (например, урана путем перевода его нерастворимой формы в растворимую).

3. Электронная промышленность использует Н₂О₂ в производстве печатных плат и в обработке кремниевых подложек при производстве полупроводниковых чипов.

4. Ракетостроение, самолетостроение, космонавтика. Перекись водорода необходим как источник кислорода в условиях отсутствия воздуха, а также как источник энергии при быстром взлете самолетов и ракет. Применяется как ракетное топливо, в качестве окислителя или как однокомпонентное топливо (с разложением на катализаторе), в том числе для привода турбонасосных агрегатов.

Интересно, что во время Второй мировой войны немецкие ученые смогли создать истребитель, развивающий скорость почти до тысячи километров в час и работающий на веществе, которое получалось в результате химической реакции перекиси водорода и метанола.

1. Сельское хозяйство. Для сохранения семян и ускорения их прорастания в процессе соложения.

2. В пищевой промышленности растворы пероксида водорода применяются для дезинфекции технологических поверхностей оборудования, непосредственно соприкасающихся с продукцией, для очистки инструментов и оборудования. Кроме того, на предприятиях по производству молочной продукции, соков, растворы перекиси водорода используются для стерилизации продуктовой упаковки. В винодельческой промышленности перекись водорода с успехом используется для быстрого искусственного старения вин.

3. Незаменима перекись водорода в области защиты окружающей среды. Она применяется для очистки и обеззараживания промышленных сточных вод, для биорегенерации загрязненных земель, являясь универсальным агентом для обезвреживания различных токсичных веществ в промышленных и бытовых сточных водах, в газовых выбросах. С её помощью могут обезвреживаться сульфиты и сульфиды, гипохлориды, нитриты, нитрилы, цианиды, альдегиды, фенолы, гидразины, эфиры и др. Применяя перекись водорода, можно эффективно очищать различные отходящие газы от двуокиси серы, оксиды азота, сероводорода, хлора, синильной кислоты.

1. В медицине

а) польза

1. Обработка ран. В медицине перекись водорода нашла применение благодаря наличию у неё антисептического, дезодорируещего и кровоостанавливающего свойства. Применяют для обработки ран, ссадин, царапин, остановки носовых и других небольших капиллярных кровотечений, в виде полосканий при ангине и стоматите.

Обеззараживающий (антисептический) эффект объясняется тем, что при контакте перекиси водорода с кожей под влиянием фермента крови каталазы происходит распад Н2О2, высвобождение кислорода (появляется пенка). Как следствие, рана получает возможность очиститься механическим способом — образовавшаяся кислородная пена очищает рану просто механически, вымывая микробы, грязь и даже некротические образования, которые могли уже появиться в ране.

Однако такое действие непродолжительно и обладает слабым эффектом.

Тем не менее, перекись водорода 3 % 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.  

 Обладая хорошими очищающими свойствами, пероксид водорода на самом деле не ускоряет заживление ран. Достаточно высокие концентрации, наоборот, продлевают время заживления из-за повреждения прилегающих к ране клеток. Более того, пероксид водорода может мешать заживлению и способствовать образованию рубцов из-за разрушения новообразующихся клеток кожи. Однако, в качестве средства для очистки глубоких ран сложного профиля, гнойных затёков, флегмон и других гнойных ран, санация которых затруднена, пероксид водорода остаётся предпочтительным препаратом. Он позволяет размягчить и отделить от тканей некротизированные участки, сгустки крови, гноя, которые будут легко смыты последующим введением в полость раны антисептического раствора. Без предварительной обработки пероксидом водорода антисептический раствор не сможет удалить эти патологические образования, что приведет к значительному увеличению времени заживления раны и ухудшит состояние больного.

Следует только помнить, и это написано в инструкции по применению, что сразу после обработки перекисью нельзя накладывать повязку, рана должна быть хорошо промыта и высушена. 

Внимание! Пока медицина не может отказаться от использования перекиси водорода для процесса качественной обработки ран, особенно если дело касается ран сложных, глубоких или любых гнойных — именно в таких случаях перекись (пероксид) водорода остается препаратом первого выбора.

Надо помнить, что обрабатывать раневые поверхности перекисью водорода следует очень аккуратно, поскольку Н2О2 не только убивает бактерии, но способна уничтожать и живые клетки организма, тем самым разрушая защитный слой кожи. Кожа становится уязвимой для воздействия вредоносных микроорганизмов: микробов, вирусов и бактерий.

Простые и неглубокие раны обработки перекисью водорода не требуют — для их обработки можно использовать другие антисептические (обеззараживающие) средства.

1. Остановка носового кровотечения.  Каждому надо знать, как поступить, если вдруг по­шла кровь из носа: надо сесть на стул, сделать холод­ный компресс на лицо, а затем аккуратно ввести в ноздри ватные тампоны, смоченные слабым раство­ром пероксида водорода. Если всего этого окажется недостаточно, надо обратиться к врачу.

2. Полоскания перекисью водорода. Дезинфицирующие и очищающие свойства перекиси водорода широко применяются в различных сферах медицины, в том числе и в ЛОР-практике при лечении болезней горла.

Врачи-отоларингологи часто рекомендуют перекись водорода при лечении таких заболеваний, как ангина (особенно для лечения гнойной ангины); фарингит, простудные заболевания, при которых повреждается горло, а также при лечении стоматитов различной этиологии, Это помогает ускорить процесс выздоровления, а заодно избавиться от неприятного запаха.

 Все перечисленные заболевания объединяет одна особенность — на слизистой оболочке поверхности горла или ротовой полости могут образовываться ранки, в которых собирается гнойное содержимое, а также небольшое количество крови и некоторые вещества, имеющие белковую природу. Во время полоскания раствором Н₂О₂, т. е. при контакте этого вещества с поврежденными поверхностями, начинается высвобождение кислорода и образуется пена; в результате этого происходит механическое избавление от гнойного содержимого, от крови и любых содержащихся в ране веществ белковой природы, которые мешают заживлению раны и выздоровлению. Очень эффективна перекись водорода, если возникает необходимость убрать налет с поверхности миндалин в горле.

 Однако при полоскании горла с использованием перекиси водорода следует соблюдать некоторые правила:

Правило 1. Предварительно перекись водорода 3 % необходимо развести в воде (1 столовая ложка на 100г воды). Это обязательно, т.к. неразведенной перекисью можно повредить горло еще сильнее, что потребует длительного и сложного лечения. Как вариант можно использовать таблетки гидроперита -соединение пероксида водорода с карбамидом — мочевиной, состава (NH2)2CO • Н2О2.Одну таблетку этого вещества необходимо растворить в 200мл кипяченой и охлажденной воды.

Правило 2. Полоскать горло раствором перекиси водорода можно не чаще, чем один раз в 3 часа. Всего в течение дня следует проводить 4-5 полосканий.Правило 3. После полоскания горла и полости рта раствором перекиси водорода необходимо немедленно прополоскать горло и полость рта другим раствором, чтобы вымыть пену, в которой уже растворились инфекционные агенты и чтобы полностью очистить горло.

Внимание! Перекись водорода — это очень сильный окислитель, и даже использование растворов требуют повышенной осторожности. Если при помощи раствора перекиси водорода проводится полоскание горла, то следует помнить, что глотать этот раствор ни в коем случае нельзя. Для маленьких детей полоскание горла при помощи перекиси водорода совершенно недопустимо!

1. Применение внутрь.Некоторые люди, в том числе и медицинские работники, считают, что может быть полезным употребление перекиси водорода 3 % внутрь. В качестве объяснения выдвигается аргумент, что любые клетки организма человека постоянно нуждаются в кислороде, а именно кислород и высвобождается во время распада перекиси. Есть рекомендации для лечения самых различных заболеваний: от кариеса до рака легких. Перекись водорода применяли даже для лечения легких, сердца, кожи и других. И в некоторых случаях такое лечение действительно приводило если не к полному излечению, то к улучшению состояния здоровья пациента.

Но есть и противники этого метода. Они говорят о том, что при распаде перекиси водорода в организм попадает не только молекулярный кислород, но и свободные радикалы, которые способны разрушающе действовать на любые белковые образования в организме и даже разрушительно действовать на клеточную структуру.

1. Отбеливание зубов. Долгое время считалось, что перекисью водорода можно отбеливать зубы, но специалисты это делать категорически не рекомендуют, поскольку отбеливающий эффект основан на окислительных процессах, которые неминуемо приводят к разрушению тканей, в том числе и тканей зуба.

6. Косметология.Со свойством перекиси водорода окислять красители связано и использование её в парикмахерском искусстве. Именно благодаря гидропериту многие дамы смогли достигнуть заветной мечты – стать блондинкой. И хотя сейчас появилось много всевозможных красителей, перекись водорода остается наиболее дешевым и эффективным средством обесцвечивания волос.

Иногда можно перекись можно использовать для борьбы с прыщами, но в использовать её в этом случае надо точечно и не применять ежедневно и длительное время.

Кислородо-пенный коктейль