Курсовая работа: Синтез Na2O2 (пероксида натрия)
Введение
В повседневной жизни пероксиды очень важны для человека. Пероксид водорода, например, широко используется для отбеливания тканей и шерсти, соломы, перьев. Разлагая красящие вещества (пигменты), он не разрушает отбеливаемый материал. В медицине H2 O2 используется как дезинфицирующее и кровоостанавливающее средство [1].
Большое практическое применение также имеют пероксиды щелочноземельных металлов, например, BaO2 (для получения H2 O2 , в органическом синтезе, в пиротехнике, для покрытия термоионных катодов). В меньшей степени применяют пероксид кальция (в хлебопечении, вулканизации бутилкаучука), пероксид стронция (в пиротехнике), гидратные формы пероксидов магния и цинка (в медицине) [2].
Целью этой работы было синтезирование пероксида водорода по реакции:
2NaOH + H2 O2 = Na2 O2 + 2H2 O. (1)
Пероксид натрия употребляется для отбелки различных материалов (соломы, шелка, костей, шерсти) и для изготовления противогазов, а также при подводных работах, в подводных лодках.
Применение пероксида натрия в последних случаях основано на процессе взаимодействия между пероксидом и двуокисью углерода, [3]:
Na2 + O2 2– + CO2 = Na2 + CO3 2– + O2 . (2)
1. Литературная часть
1.1 Общая характеристика пероксидов
Пероксидами называют кислородные соединения, содержащие ион кислорода, не полностью восстановленный, в виде [O2 ]2– , [О4 ]2– или [О2 ] – [3].
Соединения, содержащие в своем составе пероксогруппу (О―О)2– и называемые пероксосоединениями, рассматривают как производные пероксида водорода и делят на два больших вида: простые и комплексные. К простым пероксосоединениям относятся соединения, называемые пероксидами, в которых пероксогруппа соединена с ионом или атомом металла ионной или атомной связью. Эти соединения могут быть образованы всеми металлами IА-, IIА – (за исключением бериллия) и II В-группы периодической системы Д.И. Менделеева. По мере увеличения электроотрицательности металла (от щелочных и щелочно-земельных металлов к таким d-металлам, как ртуть) ионный характер связи в пероксидах изменяется на ковалентный [4].
Кроме пероксидов формулы Me2 [O2 ], для калия, рубидия и цезия имеются еще пероксиды типа Me2 [O3 ] и Me2 [O4 ]. Пероксиды типа Me2 [O4 ] имеют строение Me2 + [[O2 ]2– O2 ]2– , т.е. молекулярный кислород в этих соединениях находится в комплексе с ионом кислорода [O2 ]2– : [[O2 ]2– O2 ]2 – [3].
К комплексным пероксосоединениям относятся соединения, в которых пероксогруппа является лигандом. Такие соединения образуют элементы III и последующих групп периодической системы.
Комплексные пероксогруппы принято делить на пять групп. Первая из них – это пероксокислоты и их соли общего состава [Эп (О2 2– )x Ly ]z – , в которых один или несколько пероксид-ионов входят в комплексный ион, играя роль либо монодентатного лиганда (Э–О–О– ), либо бидентатного лиганда (О–О), либо мостикового лиганда (Э–О–О–Э) с образованием многоядерного комплекса, где Э – элемент-комплексообразователь и L – лиганды, к которым относится и О2– .
К этой группе соединений относятся многочисленные пероксокислоты, образованные серой. Известна пероксомоносерная кислота (кислота Каро) состава H2 SO5 . Лигандная пероксогруппа в комплексах играет роль мостиковой связи предпочтительнее между атомами неметаллов. Это имеет место, в частности, в пероксодисерной кислоте состава H2 S2 O8 – белом кристаллическом легкоплавком веществе.
Вторую группу пероксидных комплексов образуют соединения, содержащие пероксогруппу в составе комплексного катиона или комплексной молекулы и потому не являющиеся пероксокислотами или их солями. Состав таких комплексов может быть выражен формулой: [Эn (O2 )x Ly ]z .
Третью, четвертую и пятую группы пероксидных комплексных соединений образуют пероксиды, содержащие, соответственно, либо кристаллизованную воду (например, кристаллогидраты: Na2 O2 ×8H2 O и CaO2 ×8H2 O), либо кристаллизационный пероксид водорода (например, кристаллопероксогидраты: Na2 O2 ×4H2 O2 , 2Na2 СO3 ×3H2 O2 и CaO2 ×2H2 O2 ), либо и то и другое (например, кристаллогидраты – пероксогидраты: Na2 O2 ×2H2 O2 ×4H2 O и Na3 PO4 ×2H2 O2 ×4H2 O) [4].
Характерным свойством перекисных соединений, как простых, так и комплексных, является способность образовывать пероксид водорода при взаимодействии с разбавленными растворами кислот, а также выделять кислород в активной форме при термическом разложении или действии воды и других химических агентов. Другие соединения, которые могут быть источником кислорода, как, например, нитраты, хлораты, перхлораты, перманганаты и некоторые оксиды, не выделяют пероксид водорода при действии воды. Кислород они выделяют только при нагревании и в присутствии катализаторов [5].
1.2 Получение пероксидов
Все простые пероксосоединения могут быть получены обменной реакцией между H2 O2 и гидроксидом нужного металла.
Высокая реакционная способность щелочных металлов (за исключением лития) по отношению к кислороду позволяет синтезировать их пероксиды непосредственным окислением металла кислородом при атмосферном давлении. Эта способность обусловлена тем, что Na, K, Rb и Cs, в отличии от других металлов, обладают наибольшими значениями атомного радиуса и наименьшими значениями энергии ионизации. Литий же этими свойствами не обладает, и синтез пероксида лития осуществим лишь взаимодействием гидроксида с растворами H2 O2 [2].
Лабораторные способы получения пероксидов сводятся к окислению избытком кислорода растворов металлов в жидком аммиаке или же к непосредственному сжиганию их при температуре около 300–400 ºС, причем образуются не только пероксиды типа Me2 O2 , но у калия, рубидия и цезия – типа Me2 O4 .
Пероксид лития в чистом виде добывают из кристаллического соединения Li2 O2 ×H2 O2 ×3H2 O, высушивая его над P2 O5 или H2 SO4 в эксикаторе. Самое соединение Li2 O2 ×H2 O2 ×3H2 O выкристаллизовывается из спиртового раствора смеси Li(OH) и H2 O2 .
Для натрия известен гидрат состава Na2 O2 ×8H2 O образующийся при взаимодействии Na2 O2 с водой при сильном охлаждении. Кроме упомянутого соединения, может быть получен и гидрат состава Na2 O2 ×2H2 O2 ×4H2 O, легко теряющий воду при высушивании в эксикаторе.
Пероксид бария BaO2 получают окислением BaO в токе кислорода при 500–520ºС, пероксидные соединения других элементов этой группы – взаимодействием соответствующих гидроксидов с растворами H2 O2 [3].
1.3 Физические и химические свойства пероксидов
Пероксиды щелочных металлов представляют собой твердые кристаллические вещества различного цвета: пероксид лития – белого, натрия – слабо-желтого, калия – розового, рубидия и цезия, по-видимому, тоже розового цвета.
Пероксиды типа Me2 [O3 ] окрашены в различные оттенки коричневого цвета. Их температура плавления несколько ниже температур плавления соответствующих пероксидов типа Me2 [O2 ], но также повышаются от калия к цезию (таблица-1):
--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--