XXIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Уникальная перекись

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы

Добрычев Б.Р. 1

---

1МБОУ СОШ №2

Чудинова И.В. 1

---

1МБОУ СОШ №2

Работа в формате PDF

2.6 MB

Введение

Актуальность темы

Наверное, нет человека, который бы хоть раз в жизни не сталкивался с перекисью водорода, ведь она есть практически в каждой аптечке. Поэтому в ответ на вопрос: «Что собой представляет эта перекись?», каждый сможет её описать – бесцветная жидкость, без запаха, почти как вода. И, конечно, большинство знает, что 3%-ный раствор перекиси водорода применяют при первичной обработке ран в качестве бактерицидного средства.

Я, как человек занимающийся спортом, не раз получал травмы и пользовался перекисью водорода. Но как-то встретил информацию о лечении многих болезней при приёме этого препарата по каплям внутрь. Безвредно ли это? С другой стороны, мне стало интересно, есть ли у перекиси водорода другие области применения? Так вырос интерес, и появилась цель.

Цель работы

Изучение сведений о свойствах перекиси водорода и её безопасном использовании.

Задачи

• Узнать мнение учащихся о перекиси водорода;

• Изучить историю её открытия и получения;

• Выяснить области применения;

• Исследовать химические свойства перекиси водорода.

Гипотеза исследования

Если всесторонне изучить свойства перекиси водорода, то можно гарантировать правильное безопасное использование этого соединения.

Методы исследования

Теоретический – поиск информации, ее обработка, анализ.

Практический – исследование свойств H₂O₂ в лабораторных условиях.

Теоретическая часть

Глава 1. Историческая справка H₂O₂ и строение молекулы

Интересно, откуда взялась перекись водорода, ведь в природе вещества с химической формулой H₂O₂, как долго считалось, не существует…

Впервые перекись водорода получил в 1818 французский химик Луи Жак Тенар (1777 – 1857), действуя сильно охлажденной соляной кислотой на пероксид бария:

BaO₂ + 2HCl = BaCl₂ + H₂O₂

В результате этой химической реакции было получено вещество, очень похожее на обычную воду, но отличавшееся от воды тем, что было в полтора раза тяжелее, испарялось заметно медленнее и в любых пропорциях могло растворяться в обычной воде. Новое вещество получило название «окисленная вода». «Окисленную воду» позже назвали перекисью водорода, а современное название – пероксид водорода.

Луи Тенар заинтересовался этим веществом и продолжил эксперименты. Он установил формулу полученного продукта Н₂О₂ и выяснил, что оно получается и при действии других кислот на пероксид бария. [3, с.523]

BaO₂+H₂SO₄=BaSO₄↓+ H₂O₂

Не так давно выяснилось, что перекись водорода – это совсем не искусственное соединение, которое можно получить только химическим путём в лабораторных условиях.

Природа вокруг нас содержит это соединение в значительных количествах.

Перекись водорода содержится в дождевой воде и снеге, где она образуется из атмосферного озона, в горном воздухе. Туристы, путешествующие в горах, знают, что лучше пить воду из потоков, в которых вода белая от многочисленных пузырьков кислорода.

Но, естественно, никто не догадывается, что во многом этот белый цвет обусловлен наличием в такой воде перекиси водорода, образующейся в воде из-за усиления её аэрации. В такой воде количество вредных микробов и паразитов крайне мало, такую воду можно пить без дополнительного кипячения или обработки специальными препаратами.

Перекись водорода всегда образуется во влажной атмосфере при электрическом разряде. Она также образуется как побочный продукт при окислении многих веществ кислородом воздуха. [2, с.185]

Формы выпуска. Выпускается в виде водных растворов, стандартная концентрация 1-6 %, 30, 38, 50, 60, 85, 90 и 98 %. В аптеках Н₂О₂ продается обычно в виде 3%-ного водного раствора. 30 %-ный водный раствор перекиси водорода, стабилизированный добавлением фосфатов натрия, называется пергидролем. Ежегодное мировое производство Н₂О₂ превышает 100 тыс. тонн. [9]

Строение молекулы

Структурная формула перекиси 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 перекиси водорода кислород находится в очень неустойчивой нечетной степени окисления -1.Молекула перекиси водорода не линейна, имеет забавную форму – она похожа на полураскрытую книгу, где атомы кислорода находятся как раз на корешке, а атомы водорода на страницах…(Приложение рис. 1-3) [3, с.524]

Глава 2. Физические и химические свойства

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.

Чистая перекись водорода очень сильно отличается от знакомого всем 3%-ного раствора H₂O₂. Молекулярная масса перекиси водорода 34, почти в 2 раза больше, чем у воды. Замерзает H₂O₂ при температуре немного меньшей, чем температура замерзания воды – при минус 0,41° С. Растворы H₂O₂ замерзают при значительно более низкой температуре: 30%-ный раствор – при минус 30°С, а 60%-ный – при минус 53°С. Кипит H₂O₂ при температуре более высокой, чем вода – при 150,2° С. [1, с.321]

На коже чистая перекись водорода и её концентрированные растворы оставляют белые пятна и вызывают ощущение жгучей боли из-за сильного химического ожога. [9]

Химические свойства

Молекула перекиси водорода сильно полярна, что приводит к возникновению водородных связей между молекулами. Связь O—O непрочна, поэтому H₂O₂ — неустойчивое соединение, легко разлагается.

2H₂O₂ → 2H₂O + O₂ ↑

Разложение перекиси водорода идёт быстрее при нагревании и на свету. Поэтому хранить его следует в тёмном прохладном месте. Также разложение перекиси ускоряется под действием катализаторов (активированный уголь, оксид марганца (IV), иодид калия и др.). Катализаторы (от гр. Кatalysis – разрушение)- вещества, ускоряющее химические реакции. Однако очень чистая перекись водорода устойчива.

В молекулах перекиси водорода H₂O₂ атомы кислорода находятся в степени окисления –1. Это промежуточная и не самая устойчивая степень окисления атомов этого элемента, поэтому перекись водорода проявляет и окислительные, и восстановительные свойства.

Перекись 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.

Более охотно проявляет окислительные свойства при взаимодействии с металлами, гидроксидами, солями, щелочами. Перекись водорода окисляет нитриты в нитраты, выделяет йод из йодидов металлов, расщепляет ненасыщенные соединения по месту двойных связей.

KNO₂ + H₂O₂ = KNO₃ + H₂O

Таким образом, окислительно-восстановительная активность этого вещества зависит от концентрации. В обычно используемых растворах с массовой долей 20% перекись водорода довольно сильный окислитель, в разбавленных растворах его окислительная активность снижается. Восстановительные свойства для перекиси водорода менее характерны, чем окислительные, и также зависят от концентрации. [7]

Глава 3. ПРИМЕНЕНИЕ ПЕРЕКИСИ ВОДОРОДА

В медицине

Перекись водорода нашла применение благодаря наличию у неё антисептического, дезодорирующего и кровоостанавливающего свойства. Применяют для обработки ран, ссадин, царапин, остановки носовых и других небольших капиллярных кровотечений.

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.

Обладая хорошими очищающими свойствами, перекись водорода на самом деле не ускоряет заживление ран. Достаточно высокие концентрации, наоборот, продлевают время заживления из-за повреждения прилегающих к ране клеток. Более того, перекись водорода может мешать заживлению и способствовать образованию рубцов из-за разрушения новообразующихся клеток кожи.

Необходимо помнить, и это указано в инструкциях по применению, что сразу после обработки перекисью нельзя накладывать повязку, рана должна быть хорошо промыта и высушена.

Не стоит забывать, что перекись водорода — это мощнейший окислитель и даже для наружного применения его используют в очень сильном разведении. Концентрированные растворы пероксида водорода очень опасны – при попадании на кожу они становятся причиной серьезных ожогов. А чистая перекись водорода - это взрывоопасное вещество, способное одномоментно выделять большие количества свободного кислорода. [3, с.525]

В быту

Что касается использования перекиси водорода в быту, то это вещество известно, как очень эффективное чистящее средство. При помощи перекиси водорода можно очищать сантехнические раковины, поверхности труб и даже мебельные поверхности.

Перекись водорода отлично зарекомендовала себя как средство для стирки и качественного отбеливания белых вещей, для выведения пятен на тканях. Обращаться с ней надо очень аккуратно, ведь перекись водорода - сильнейший окислитель. Попадая на кожу рук, вызывает сильные ожоги. Особенно надо беречь глаза. В последнее время появилось немало средств для стирки на кислородной основе, в которых работает все та же перекись водорода. Такая стирка гораздо эффективнее, безопаснее, ткани сохраняются дольше, а неприятный запах, как при отбеливании хлором, отсутствует вообще.

Рекомендовано использование перекиси водорода для мытья сантехники, особенно туалета. Для того чтобы туалет стал действительно чистым, следует смешать в равной пропорции перекись водорода и чистую воду и распылить полученную смесь на поверхность унитаза, после чего все смыть водой. Любые микробы не выдерживают контакта с перекисью водорода.

Перекись водорода может пригодиться для поддержания необходимой чистоты и для обеззараживания зубной щетки, на поверхности которой могут собираться самые разные болезнетворные микробы. Чтобы избавиться от ненужных микроорганизмов, зубную щетку полезно время от времени подержать в трехпроцентном растворе перекиси водорода (в течение не более двух минут), а затем тщательно прополоскать проточной водой.

Если в жилище появились грибок и плесень, то бороться с ними тоже можно при помощи все той же перекиси. Чтобы получить положительный результат, необходимо в бытовой распылитель налить две части воды и одну часть перекиси (по объему) и распылить смесь на зараженную грибком поверхность. Через 10 минут поверхность необходимо тщательно очистить. [11]

Практическая часть

В ходе работы провели анкетирование по использованию перекиси водорода. Цель – выявление частоты и основных направлений применения перекиси водорода, а также осведомлённости о мерах ее безопасности. Были заданы следующие вопросы:

1. Как часто вы используете перекись водорода?

2. В каких целях вы используете перекись водорода?

3. Какую концентрацию перекиси водорода вы используете чаще всего?

4. Знаете ли вы о мерах предосторожности?

5. Где вы храните перекись водорода?

6. Откуда вы узнали о способах использования?

7. Где вы обычно приобретаете перекись водорода?

Результаты, полученные в ходе анкетирования представлены в Приложении рис. 4-10

Цель практического исследования: Изучение свойств перекиси водорода и исследование влияния различных катализаторов на процесс её разложения.

Опыт 1. Влияние неорганических веществ на процесс разложения перекиси водорода

В 3 колбы добавили: порошок оксида марганца (IV); песок; кусочки мела. Объекты исследования представлены в Приложении рис. 11 Далее в колбы налили 3%-ный раствор перекиси водорода. Свои наблюдения занесли в таблицу.

Изменения, происходящие в колбах, представлены в Приложении рис. 12

Вывод: вещество оксид марганца (IV) ускоряет разложение перекиси водорода. Является катализатором.

Опыт 2. Проверка каталитических свойств активированного угля

Из научных источников [6] узнал, что активированный уголь тоже может быть хорошим катализатором для разложения перекиси водорода. Объекты исследования представлены в Приложении рис. 13

Поместил в колбу активированный уголь и добавил перекись водорода (3%-й раствор). Пузырьки кислорода выделяются, вспыхивающая лучинка это доказала. Видимые признаки реакции представлены в Приложении рис. 14

Вывод: активированный уголь - катализатор.

Опыт 3. Влияние пищевых продуктов на процесс разложения перекиси водорода

В фарфоровые чашки внесли небольшие образцы пищевых продуктов – сыра, сырого картофеля, сырого мяса, яблока, банана, моркови, красного перца, огурца. Объекты исследования представлены в Приложении рис. 15

Добавили немного 3%-ного раствора перекиси водорода, наблюдения занесли в таблицу.

Вывод: в некоторых сырых продуктах питания (картофеле, мясе, яблоке, банане, красном перце и др.) содержатся катализаторы, разлагающие перекись водорода. Такие биологические катализаторы белковой природы называются ферментами. Большее образование пены наблюдали на сыром мясе и банане. Признаки реакции представлены в Приложении рис. 16,17

Опыт 4. «Много пены из ничего»

Перекись водорода смешивается с жидким мылом, после чего в неё добавляем катализатор - йодид калия. Катализатор вызывает быстрое разложение перекиси на воду и кислород; последний, собираясь в пузырьки, резко увеличивает объем смеси. [6]

2H₂O₂ → 2H₂O + O₂↑

Результаты опыта представлены в Приложении рис. 18,19.

Вывод: иодид калия - катализатор.

Опыт 5. Обесцвечивание разноцветных следов на бумаге и удаление пятен на белой майке

Опыт 5.1. Приготовили две полоски фильтровальной бумаги и нанесли на них одинаковые метки разноцветными фломастерами. Одну такую полоску внесли в раствор перекиси водорода, вторую оставили для сравнения. Сравнили цвет меток на обеих полосках через 10 минут, через час. Результаты представлены в Приложении рис. 20,21

Опыт 5.2. Для опыта с белой майкой подготовили сок клубники, зелёнку, цветные фломастеры и нанесли их на майку. Пропитали пятна 3%-ным раствором перекиси водорода. Далее наблюдали за изменениями. Объекты исследования представлены в Приложении рис. 22

По истечению 10 мин пятна от сока клубники исчезли полностью, следы от маркеров - через 15 минут, а для удаления пятна от зелёнки потребовалось больше времени – 1-1,5 часа. Результаты представлены в Приложении рис. 23-25

Вывод: Перекись водорода является окислителем, обесцвечивает многие красящие вещества, в том числе красители фломастеров, зелёнки и некоторых органических веществ.

Опыт 6.Особенностиокислительно-восстановительнойактивности

А) с перманганатом калия в кислой среде и нейтральной.

а) в кислой среде:

2KMnO₄+7H₂O₂+3H₂SO₄=2MnSO₄+6O₂↑+K₂SO₄+10H₂O

При добавлении перекиси в розовый раствор перманганата калия начинает быстро обесцвечиваться и выделяется газ.

б) в нейтральной среде:

2KMnO₄+3H₂O₂=2MnO₂↓+3O₂↑+2KOH+ 2H₂O

Наблюдаетсявыпадениекоричневогоосадкаивыделениебесцветногогаза. Результаты опыта представлены в Приложении рис. 26

Вывод: перекись водорода проявляет себя в качестве восстановителя.

Б) с йодидом калия в кислой среде:

2KI+H₂O₂+H₂SO₄=K₂SO₄+I₂ ↓+2H₂O

При добавлении перекиси водорода раствор сначала пожелтел, а затем стал оранжевым, выпал осадок темно-фиолетового цвета, затем осадок отфильтровали. Вещество оставляет оранжевые следы на шпателе, бумаге, значит, получили йод.

Результаты опыта представлены в Приложении рис. 27,28,29

Вывод: перекись водорода проявляет себя в качестве окислителя.

В) с гидроксидом железа (II)

2Fe(OH)₂+H₂O₂→2Fe(OH)₃

В ходе реакции образуется бурый осадок гидроксида железа(III).

Результаты опыта представлены в Приложении рис. 30

Вывод: перекись водорода проявляет себя в качестве окислителя.

Опыт 7. «Борьба» перекиси с плесенью

Для эксперимента налили перекись водорода на деревянный дверной проём, на котором была плесень. Через некоторое время, плесени стало значительно меньше. Виды до и после очистки представлены в Приложении рис. 31-34

Вывод: H₂O₂ можно использовать как средство для борьбы с плесенью.

Выводы

Перекись водорода, химическая формула которой H₂O₂, при контакте с катализаторами распадается до составляющих, то есть на воду и кислород, поэтому перекись водорода вполне справедливо считается экологически чистым веществом, которое не может принести никакого вреда окружающей среде.

Что касается безусловной пользы перекиси водорода, то это, прежде всего, ее использование в медицинских целях. Как известно, согласно официальным рекомендациям, в медицинских целях используется перекись водорода трехпроцентная, причем назначение этого средства исключительно наружное — обработка незначительных повреждений кожи (ссадин, царапин, ран небольшого размера), остановка незначительных кровотечений.

Чем же объясняется эффект обеззараживания, который оказывает перекись водорода на различные повреждения кожных покровов? Обеззараживающий (антисептический) эффект объясняется тем, что при контакте перекиси водорода с кожей происходит высвобождение кислорода (появляется пенка), и, 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.

Итак, проведя исследование физических и химических свойств перекиси водорода, я сделал вывод, что в химических реакциях перекись проявляет уникальные свойства: окислительные свойства, восстанавливаясь до воды, и восстановительные, окисляясь до кислорода.

Кроме того, в экспериментальной части мне удалось доказать, насколько это вещество нестойкое, легко разлагается под действием биологических катализаторов (ферменты мяса, банана и других) и под действием некоторых химических веществ (активированный уголь, оксид марганца (IV), иодид калия). Опытным путём я убедился в окислительных обесцвечивающих свойствах перекиси водорода.

Также, меня поразил масштаб применения этого уникального вещества!

Осталось предупредить о хранении. Перекись водорода нужно хранить в прохладном месте, избегая воздействия света. И обязательно подальше от детей! Не надо забывать, что это вещество не такое уж и безобидное, и неопасное, как и любой продукт химии, как и любой лекарственный препарат. Тут уместно выражение известнейшего средневекового врача Парацельса, который утверждал, что лекарство и яд отличаются только дозой.

Использовать это уникальное соединение, необходимо только учитывая его свойства.

Таким образом, я могу утверждать, что гипотеза моего исследования подтверждена.

Заключение

Исследование перекиси водорода - процесс интересный, занимательный, но требующий бережного и осторожного обращения.

Было важно узнать, каковы состав и строение перекиси водорода, что придает ему полезные свойства. Данные опыты можно продемонстрировать в дальнейшем на уроках и внеклассных мероприятиях.

В перспективе мне хотелось бы обратиться к медицинскому аспекту данной темы, узнать, как именно влияет перекись водорода на органы и ткани человеческого организма, с чем связан ее лечебный эффект.

Свойства перекиси водорода, изученные в теории и на практике, помогут мне правильно и безопасно применять её в жизни.

Литература

1. Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. М.: Высшая школа, 2001

2. Габриелян О.С., Лысова Г.Г. Химия 11. М.: Дрофа. 2005

3. Аликберова Л.Ю. Занимательная химия - М.: «АСТ- ПРЕСС», 1999. -358с.: ил.

4. Степин Б. Д., Аликберова Л. Ю. Занимательные задания и эффектные опыты по химии – М.: «Дрофа», 2002. – 430с.: ил.

5. http://www.kristallikov.net/ Занимательные опыты

6. implescience.ru/video/ Простая наука. Увлекательные опыты для детей

7. http://znanija.com/ Знания. Вещества из домашней аптечки.

8. http://festival.1september.ru/ Урок химии по теме "Химия в аптечке

9. https://ru.wikipedia.org/wiki/ Пероксид (перекись) водорода

10. http://vredna.ru/ Вредна ли перекись водорода?

11. http://sevnews.net/ Лечение перекисью водорода

Приложение

Рисунок 1, 2, 3 - Строение молекулы перекиси водорода.

Рисунок 4 - Частота использования перекиси водорода.

Рисунок 5 - Цели использования перекиси водорода.

Рисунок 6 - Концентрации перекиси водорода.

Рисунок 7 - Осведомлённость о мерах предосторожности по применению перекиси водорода.

Рисунок 8 - Места хранения перекиси водорода.

Рисунок 9 - Источники информации об использовании перекиси водорода.

Рисунок 10 - Места приобретения перекиси водорода.

Опыт 1. Влияние неорганических веществ на процесс разложения перекиси водорода

Рисунок 11 - Объекты исследования.

Рисунок 12 - Изменения, происходящие в колбах, качественная реакция на кислород.

Опыт 2. Проверка каталитических свойств активированного угля

Рисунок 13,14 - Объекты исследования и видимые признаки реакции.

Опыт 3. Влияние пищевых продуктов на процесс разложения перекиси водорода

Рисунок 15 - Объекты исследования.

Рисунок 16,17 - Видимые признаки реакции.

Опыт 4. «Много пены из ничего»

Рисунок 18,19 - Результаты опыта.

Опыт 5. Обесцвечивание разноцветной бумаги и удаление пятен на белой майке

Опыт 5.1.

Рисунок 20,21 - Обесцвечивание меток фломастеров перекисью водорода через 10мин и 60мин.

Опыт 5.2.

Рисунок 22 - Объекты исследования.

Рисунок 23,24,25 - Удаление пятен на белой майке.

Опыт 6.Особенностиокислительно-восстановительнойактивности

А) с перманганатом калия в кислой среде и нейтральной.

Рисунок 26 - Результаты опыта с перманганатом калия.

Б) с йодидом калия в кислой среде:

Рисунок 27,28,29 - Результаты опыта с йодидом калия.

В) с гидроксидом железа (II)

Рисунок 30 - Результаты опыта с гидроксидом железа (II).

Опыт 7. «Борьба» перекиси с плесенью

Рисунок 31,32 – Вид до очистки.

Рисунок 33,34 – Вид после очистки.