ГЛАВА 1. СВОЙСТВА И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ 1.1. Технические характеристики пероксида водорода Перекись водорода (систематическое наименование — пероксид водорода, H2O2) — это самое первое из открытых соединений подобного вида. Вещество представляет собой несимметричную молекулу, состоящую из атомов водорода и кислорода, с образованием сильных полярных связей (Приложение 1). Ими обусловлены основные физико-химические свойства перекиси водорода, ее реакционная способность и активность в качестве растворителя. Перекись водорода считается одним из сильнейших окислителей, в связи с чем это вещество получило широкое распространение, как в бытовых, так и в промышленных целях. Впервые пероксид водорода получил в 1818 французский химик Луи Жак Тенар (1777 – 1857), действуя сильно охлажденной соляной кислотой на пероксид бария. Физические свойства. Чистый пероксид водорода термически устойчив, при 20°С разлагается около 0,5% в год. В присутствии ионов тяжелых металлов, а также под действием света и при нагревании скорость распада резко увеличивается. Разложение Н2О2 может происходить со взрывом. Концентрированные водные растворы перекиси водорода взрывоопасны, органические соединения и их растворы, содержащие Н2О2, способны к воспламенению и взрыву при ударе. В пероксиде водорода атомы водорода ковалентно связаны с атомами кислорода, между которыми существует простая связь. Строение пероксида водорода можно выразить следующей структурной формулой: Н–О–О–Н. Молекула H2O2 состоит из двух OH-групп, связанных пероксидным −O−O−мостиком. Вследствие своей несимметричности молекула является полярной (μ = 2,13 D), поэтому H2O2 неограниченно растворяется в воде, спирте и эфире. Пероксид водорода смешивается с водой во всех отношениях. Чистый пероксид водорода имеет высокую вязкость, так как молекулы способны образовывать развитую систему водородных связей. Полярность молекулы пероксида водорода и его способность образовывать водородные связи обуславливает способность пероксида водорода образовывать пероксосольвенты – кристаллические сольваты общей формулы R·nН2О2, используемые как твердые носители перекиси водорода. К наиболее известным пероксосольвентам относятся перкарбонат натрия Na2CO3·1,5H2O2 и гидроперит – соединение пероксида водорода с мочевиной CO(NH2)·H2O2. Химические свойства. Вследствие смещения электронной плотности в молекуле пероксида водорода в сторону кислородных атомов и поляризации связи Нδ+→Оδ в водных растворах под влиянием полярных молекул воды пероксид водорода может отщеплять ионы водорода, т.е. проявлять кислотные свойства. Как кислота Н2О2 образует и кислые соли, например, Ва(НО2)2, NaHO2 и др. Кислые соли менее подвержены гидролизу, но легко разлагаются при нагревании с выделением кислорода: 2 NaHO2+ 2H2O → 2NaOH + O2. Степень окисления кислорода в пероксиде водорода равна (-1), т.е. имеет промежуточное значение между степенью окисления кислорода в воде (-2) и молекулярном кислороде (0). Поэтому пероксид водорода обладает свойствами как окислителя, так и восстановителя, т.е. проявляет окислительно-восстановительную двойственность. Как восстановитель перекись водорода не обладает выдающимися свойствами. Она может восстанавливать только те вещества, стандартный электродный потенциал которых не более 0,682 В. Ее превосходит даже такой обычный восстановитель, как тиосульфат; она не идет ни в какое сравнение с более мощными восстановителями, например с щелочными или щелочноземельными металлами. Способность пероксида водорода разлагаться на кислород и воду известна почти со времени его открытия. Первоначально считалось, что процесс протекает самопроизвольно и является реакцией самовосстановления –самоокисления: в настоящее время установлено, что чистый пероксид водорода термически устойчив, при 20°C разлагается около 0,5% в год. В присутствии катализаторов, а также под действием света и при нагревании скорость распада резко увеличивается. Реакция разложения пероксида водорода в присутствии катализаторов часто протекает по радикально-цепному механизму, при этом роль катализатора заключается в инициировании свободных радикалов. Катализаторами разложения пероксида водорода служат металлы переменной валентности. Связанные в комплексные соединения, они часто значительно усиливают свою активность. Например, ионы меди менее активны, чем ионы железа, но связанные в аммиачные комплексы [Cu(NH3)4] 2+, они вызывают быстрое разложение пероксида водорода. Аналогичное действие оказывают ионы Mn2+ связанные в комплексы с некоторыми органическими соединениями. Виды пероксида водорода. Перекись водорода делится на медицинскую и техническую. Последняя, в свою очередь, бывает марки А и марки Б. Обе представляют собой прозрачные бесцветные жидкости. Отличия между ними следующие: доля перекиси водорода по массе, в % (остальное — вода) составляет у марки А — 35-40%, а у марки Б — 58-60%. Это означает, что агрессивность последней больше, что требует более тщательной защиты работающего с ней персонала. Некоторые производители перекиси выпускают одинаковую массовую долю для обеих марок — до 40%. Ещё одним отличием является «чистота» пероксида А и Б. Массовая концентрация серной кислоты (г/л) соответственно равна 0,35 и 0,25. Этот же показатель для нелетучего остатка составляет 0,7 и 0,6. Отсюда следует, что марка Б является более чистой. Так как техническая перекись водорода смешивается с водой в любых соотношениях, то технолог производства может рассчитать раствор лучшей чистоты при нужной концентрации. Вода, разумеется, должна быть дистиллированной. Степень разложения со временем на кислород и воду у марки А не нормируется, а у Б — определена. Это говорит о снижении концентрации и должно учитываться при заказе. Кроме этого, марка Б может делиться на 1-й и 2-й сорт, причём, в зависимости только одного показателя, а именно, по содержанию уксусной кислоты, которая неизбежно образуется в процессе производства. Её содержание по массе равно 0,006 и 0,008 соответственно для 1-го и 2-го сорта. Технологии производства пероксида водорода: · на основе реакции с антрахиноном; · изопропиловый способ; · электрохимический метод. Антрахиноновый способ. Перекись водорода получают путем циклического восстановления и окисления смеси 2-этилантрахинона (EAQ) и 2-этилтетрагидроантрахинона (H4EAQ). Данные антрахиноны растворяются в органических растворителях (рабочий раствор). Антрахиноны каталитически гидрируют с образованием 2-этилтетрагидроантрагидрохинона (H4EAQH2). Катализатор отделяют от рабочего раствора и возвращают в гидрогенизатор. Гидрированный рабочий раствор соединяют с воздухом (кислородом) в окислительной установке для образования пероксида водорода. Перекись водорода, растворенную в рабочем растворе, экстрагируют деминерализованной водой в экстракторе. Рабочий раствор высушивают выпариванием в сушильной камере, затем возвращают в расходный резервуар подачи гидрогенератора. Водная фаза из экстрактора может содержать до 40% массы перекиси водорода, но по соображениям эффективности обычно производится 30 - 35% массы. Концентрация конечных продуктов (технического и химического классов) (60% массы) достигается путем испарения и перегонки неочищенного раствора перекиси водорода в концентрационном блоке. В расходные резервуары к раствору перекиси водорода добавляют стабилизатор, чтобы предотвратить разложение. Изопропиловый способ. Современный промышленный способ получения пероксида водорода основан на окислении изопропилового спирта (изопропиловый метод). Сырьем процесса является водород, изопропиловый спирт. Благодаря использованию высокоэффективных методов разделения по данной технологии, получаются два конечных продукта: перекись водорода и ацетон. Первая стадия: получение технического изопропилового спирта гидратацией пропилена на сильнокислом сульфокатионите с последующим выделением изопропилового спирта ректификацией. Побочный продукт – диизопропиловый эфир, применяемый в производстве бензинов в качестве высокооктановой добавки. Вторая стадия: получение пергидроля (30% Н2О2) окислением изопропилового спирта: (СН3)2СНОН + О2 ® (СН3)2СО + Н2О2 Получаемый водный раствор пероксида водорода может содержать от 27,5 до 50% H2O2. Схема включает следующие этапы: - перегонка изопропанола; - окисление изопропилового спирта; - двухстадийная перегонка реакционного раствора с выделением перекиси водорода; - разделение изопропанола и ацетона; - гидрирование ацетона; - очистка сточных вод; - абсорбция сдувок со стадии гидрирования; - очистка отходящих газов со стадии окисления; - абсорбция сдувок (дыхания) емкостей, колонн. По данной технологии производство изопропилового спирта основано, практически, на всех предприятиях по его производству в России, в том числе, и на крупнейшем – ПАО «Химпром». Электрохимический метод. Процесс получения пероксида водорода гидролизом пероксодисерной кислоты состоит в переводе пероксодисерной кислоты в пероксид водорода и серную кислоту при нагревании исходного раствора до температуры кипения и отгонки образовавшегося готового продукта 35-40%-ной концентрации. 2H2SO4 –2e ® H2S2O8 + 2H+ H2S2O8 + H2O ® H2S2O5 + H2SO4 H2S2O5 + H2O ® H2O2 + H2SO4 В промышленности гидролиз раствора пероксодисерной кислоты осуществляется в две стадии. На первой стадии при нагревании растворов пероксодисерной кислоты в пленочных испарителях основное количество пероксида водорода переводится в паровую фазу. На второй стадии пероксид водорода, оставшийся в жидкой фазе, выделяется перегонкой с острым паром. Электрохимический метод получения перекиси водорода является очень энергоемким. Затраты на электроэнергию составляют до 40% себестоимости продукта. Данный метод в России использует только компания «Анозит». 1.2. Области применения пероксида водорода Техническая перекись водорода является многоцелевым химическим веществом, которое широко используется в различных сферах промышленности и быта. Ее применение может быть как профессиональным, так и домашним. Вот некоторые из областей, где применяется техническая перекись водорода: · Очистка воды: техническая перекись водорода используется для очистки воды от загрязнений, бактерий и вирусов. Ее можно использовать для обработки воды в бассейнах, прудах, аквариумах и других водоемах. · Промышленная очистка: техническая перекись водорода применяется в различных отраслях промышленности для очистки и дезинфекции различных поверхностей и оборудования. Она может использоваться для очистки трубопроводов, резервуаров, оборудования для производства пищевых продуктов и многого другого. · Косметическая промышленность: техническая перекись водорода используется в косметической промышленности для производства различных средств по уходу за кожей, волосами и зубами. Она может быть частью состава зубных паст, шампуней, кремов для лица и других косметических средств. · Производство бумаги: техническая перекись водорода используется в производстве бумаги для отбеливания ее поверхности и увеличения ее прочности. · Производство текстиля: техническая перекись водорода применяется в текстильной промышленности для отбеливания тканей и удаления пятен. · Ракетная промышленность: техническая перекись водорода используется как ракетное топливо в космических кораблях и ракетах. · Медицинская сфера: техническая перекись водорода может использоваться в медицине для дезинфекции и очистки ран и ожогов. Также она может применяться в стоматологии для отбеливания зубов. Перекись водорода нашла применение в медицине, особенно в хирургии, как антисептическое, дезинфицирующее, дезодорирующее средство. Перекись может быть использована как наружно, так и внутренне, но самый безопасный и эффективный способ применения– это наружное. Для внутреннего применения в качестве профилактики от многих болезней используют только слабоконцентрированный 3% раствор перекиси и не более одного раза в день. Так как перекись водорода в организме человека вырабатывается лейкоцитами и гранулоцитами, то она необходима для нормального обмена веществ. Основная задача перекиси – укрепить иммунную систему организма, разрушая злокачественные клетки (микробы). Перекись нужно использовать только на поврежденных участках кожи: при обработке и лечении гнойных ран, порезов, царапин, травм и т.д. Она обезоруживает поверхность кожи, препятствует появлению гноя на ней, тем самым способствует ее быстрому заживлению. Поэтому первая помощь при повреждении кожи - обработака переоксидом водорода. В медицине перекись используют при лечении: - аллергии; - хронического бронхита; - герпеса; - гипертонии; - гриппа; - инсульта; - опухолей (также и злокачественных); - болезни Паркинсона; - артроза; - рассеянного склероза; - болезней кожи; - чесотки; - кариеса; - невралгии и многое др. Перекись водорода является незаменимым антисептиком при чистке крови, а также для лечения инфекционных заболеваний.
| 
