مفهوم آب اکسیژنه و ویژگی هایی آن

اولین بار آب اکسیژنه به وسیله آقای تنارد در سال 1818 تهیه شد. وی با اسیدی کردن پراکسید باریم و خارج کردن آب اضافی از طریق تبخیر در خلاء موفق به تهیه آب اکسیژنه شد.

پراکسید مشتقات پراکسید هیدروژن است که در آن به جای هر هیدروژن یک فلز یک ظرفیتی و یا دو ظرفیتی وجود دارد. پراکسید فلزات قلیایی و قلیایی خاکی به ترتیب دارای فرمول M2O2 و MO2 می باشند. شیمی واکنشهای اکسایشی – کاهشی H2O2 در محلول آبی با پتانسیلهای زیر خلاصه می‌شود.

H2O2 + 2H+ + 2e → 2H2O           E= 1.77V  

O2 + 2H+ + 2e → H2O2              E = 0.68V

 HO2- + H2O + 2e → 3OH            E= - 0.87V

 

این پتانسیلها نشان می‌دهند که آب اکسیژنه هم در محیط اسیدی و هم در محیط بازی اکسنده‌ای بسار قوی است و آب اکسیژنه فقط در مقابل اکسنده‌های بسیار قوی مثل یون منفی^-MnO4نقش کاهندگی دارد. محلولهای رقیق یا 30% آب اکسیژنه، به طور وسیعی به عنوان اکسنده مورد استفاده قرار می‌گیرند. عمل اکسایش به وسیله آب اکسیژنه در محیط اسیدی کند است، در حالی که در محیط بازی معمولا" سریع است. از موارد استفاده آب اکسیژنه می توان به اثر سفید کنندگی در الیاف سلولزی و پارچه ها، ضدعفونی کنندگی و همچنین تولید برخی از مواد شیمیایی اشاره کرد. آب اکسیژنه خالص تقریباً بی رنگ و در برخی موارد آبی کم رنگ به نظر می آید. دمای ذوب و جوش آن به ترتیب 0/43- درجه سلسیوس و 152/1 درجه سلسیوس می باشد. در 20درجه سلسیوس در حالت مایع دارای دانسیته 1.438 است. در آب و الکل و اتر به هر نسبتی حل می شود. درجه اکسیداسیون اکسیژن در آب اکسیژنه برابر 1- است. معمولاً پراکسید هیدروژن به صورت محلول 6% ، 12% و یا 30% آن بیان می گردد که معمولاً به صورت پراکسید هیدروژن 20 حجم، 40 حجم و یا 100 حجم نیز گفته می شود. چگالی وثابت دی الکتریک آب اکسیژنه از آب بیشتر است آب اکسیژنه 40 درصد از آب سنگین تر است. مایع خالص آن در دمای  25درجه سلسیوس ، ε=93 و محلول آبی 60% آن ε=120 می باشد. بنابراین ترکیب جزء حلال های یونی کننده خیلی خوبی هستند ولی به علت قدرت اکسید کنندگی زیاد و نا پایداری، قدرت حل کنندگی آن ها محدود است. محلول مایع آب اکسیژنه به مرور طبق واکنش زیر به آب و اکسیژن تبدیل می شود

2H2O2 (aq) --> 2H2O (l) + O2 (g)

در غیاب کاتالیزور سرعت تجزیه آب اکسیژنه بسیار ملایم است ولی در مقابل فلزاتی چون Pt ، Ag و یا ترکیباتی چون MnO2  وآنزیم ها واکنش شدت می گیرد و به همین دلیل آب اکسیژنه را در ظروف غیر فلزی همراه با یک پایدار کننده مانند اوره نگهداری می کنند.

آب اکسیژنه به صورت یک اکسید کننده و یا احیا کننده در محیط های اسیدی و بازی می تواند به کار رود

: احیا کننده در محیط اسیدی

2KMnO4 + 3H2SO4 + 5H2O2 → K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O + 5O2

 

اکسید کننده در محیط اسیدی

2 [Fe(CN)6]^4- + H2O2 + 2 H⁺ → 2 [Fe(CN)6]^3- + 2 H2O

احیا کننده در محیط بازی

2[Fe(CN)6]^3- + H2O2 + 2OH^- → 2[Fe(CN)6]^4- + 2H2O + O2

اکسید کننده در محیط بازی

Mn²⁺ + H2O2 → Mn⁴⁺ + 2 OH-

سرب (]]) سولفید  سیاه رنگ در سرما تحت اثر H2O2 به سولفات سفید رنگ تبدیل می شود.

PbS + 4H2O2  --> PbSO4 + 4H2O                                                                         

آب اکسیژنه به صورت یک اسید ضعیف عمل کرده زیرا ثابت یونش آن بسیار پایین بوده و مقدار ثابت خودیونش آن ^12- 10 ×  1.5 است.

این فرمول ساختاری انتراکینول یا 2 اتیل انتراکینول است که براثر اکسایش واز دست دادن 2 اتم هیدروژن به کینون تبدیل می شود

روش تهیه آب اکسیژنه به روش انترا کینول خیلی ارزان است زیرا این واکنش موجب مصرف آنتراکینول نمی شود وفقط اکسیژن وهیدروژن مصرف می کند وکاتا لیزگر واکنش احیاء آن پالادیم است که به روش جذب سطحی شیمیایی انجام می شود.

روش دوم تهیه آب اکسیژنه گرانتر است ولی می توان آب اکسیژنه غلیظ تر تهیه کرد، در روش دوم برقکافت سولفوریک اسید ویا برقکافت محلول آمونیوم سولفات - سولفوریک اسید که منجر به تشکیل پیروکسو دی سولفوریک اسید میشود که براثر هیدرولیز به آب اکسیژنه وسولفوریک اسید تجزیه میگردد وبا تقطیر جزء به جزء غلیظ می کنند. 

قدرت پیوند هیدروژنی آب اکسیژنه  خیلی قویتر از آب است چون هیدروژن ها مثبت ترند .

تجزیه آب اکسیژنه که آنرا خود اکسایش خود کاهش یا تسهیم نامتناسب میگوییم در محیط بازی سریعتر است و همچنین سرعت تجزیه آن در دمای بالا بیشتر است تجزیه کاتالیزگری بوسیله کاتیونهای فلزی و واکنشهای دیگر تولید رادیکال های آزاد می کند

آزمایش کوه آتشفشان با آمونیوم دی کرومات

برای دانلود فیلم آزمایش اینجا کلیک کنید.

آزمایش مار فرعون(تیوسیانات جیوه)

برای دانلود فیلم آزمایشی اینجا کلیک کنید.

آزمایش زیبا و جذاب باران طلایی

برای دانلود فیلم آزمایش اینجا کلیک کنید.

در باران طلایی دو بحث در مورد بلور سازی را نشان میدهد و فوق اشباح نسبی وتاثیر آن در فرایند هسته زایی و دومی رشد بلور  ابتدا در محلول پتاسیم یدید سرب نیترات وارد می کند چون محلول غلیظ است فوق اشباح نسبی بالاست وهسته زایی غالب شده ورسوب ریز دانه است سپس با حرارت رسوب را هضم می کند و اجازه می دهد آرام سرد شود در این حالت فوق اشباح نسبی کم است ورشد بلور غالب است وشکل منظم بلور باعث انکسار نور می شود.

نامنظم بودن روند چگالی در گروه یک جدول تناوبی

در تغییرات چگالی دوعامل یکی جرم اتمی و دیگری حجم شبکه بلوری فلزات اثر دارد. در مواردی که تغییرات یک خاصیت در گروه روند منظمی ندارد, نشان دهنده ی این است که عوامل مختلف در آن خاصیت اثر می گذارد. در بعضی اتمها یک عامل و در سایر اتم ها عامل دیگری غالب است. تمام فلزات قلیایی در ساختار بلوری مکعبی مرکز پر متبلور می شوند. دانسیته کمتر پتاسیم نسبت به سدیم به این علت است که افزایش حجم مولی پتاسیم بیشتر از افزایش جرم مولی است, زیرا هشت عنصر بین این دو عنصر قرار دارند. ولی بین روبیدیم و پتاسیم هجده عنصر وجود دارد, لذا افزایش در جرم مولی بر افزایش در حجم مولی غلبه می کمد. در نتیجه دانسیته روبیدیم بیشتر از پتاسیم است.

منبع: کتاب شیمی عمومی دکتر پارسافر

رابطه آرنیوس برای چه نوع واکنشهایی قابلیت کاربرد دارد؟

رابطه آرنیوس تاثیر دما ورابطه نمایی آن بر سرعت همه واکنش هایی شیمیایی است ولی برای واکنش های گرماگیر ملموس تر است

مقدار R در این رابطه  برای یک گونه ی گازی  ثابت عمومی گازها برای یک مول گاز است.

 می توان از رابطه آرنیوس برای مایع یا جامد هم استفاده نمود اساس آن را با فرضیاتی برای تمام واکنشها به کار مببربم

ثابت گازها ۸٫۳۱۴ ژول بر مول کلوین و ۰٫۰۸۲ لیتر اتمسفر بر مول کلوین است و در صورتی که برحسب کالری باشد 1.98 می توان در نظر گرفت. اگر این رابطه برای این فازها پاسخ گو نباشد در آنصورت  پس نباید بتوان ثابت سرعت را برای مواد جامد یا مایع بدست آورد بحث جامدات که جدا است ولی مایعات فرکانس برخوردشان کمتر است که در معادله آرنیوس تحت عنوان فاکتور احتمال امده است

رابطه بین دما و ثابت سرعت(رابطه آرنیوس)

درA فاکتور احتمال شکل مولکول و عوامل دخیل در برخورد وجاذبه های مولکولی و.... دخالت داده می شود. معادله آرنیوس بر اساس نظریه برخورد و برای فاز گاز است .نتیجه آن برای محلول ها هم همسو با گازها ست نه مشابه.

رابطه ارنیوس برای محاسبه انرزی فعالسازی است  ولی ثابت سرعت را هم میتوان از روی انرژی فعالسازی معلوم محاسبه کرد.

ثابت های سرعت را در دو دمای متفاوت محاسبه کرده ولگاریتم₂ K به K₁ را برحس دما رسم می کنیم.

ایا تمام تعادل ها از اصل لوشاتلیه پیروی می کنند؟

با توجه به اینکه تغییر غلظت و فشار را با تغییر Q شرح می دهیم تغییر دما را  نمی توان با تغییر Q شرح داد، زیرا دما ثابت تعادل را تغییر می دهد و امکان مقایسه Q را ب  K قبلی وجود ندارد باید باK جدید مقایسه شود.

اصل لوشاتلیه از چند جنبه درتعادل قابل کاربرد است 1 غلظت 2 فشار 3 دما . بسته به نوع واکنش وحالت فیزیکی اجزای تعادل تفسیر آن متفاوت است، مثلا در تعادلات گازی که تعداد مول گازی دو طرف برابر است ودر محلول ها فشار تاثیر ندارد، در محلول ها وگاز ها غلظت تاثیر دارد ودر اغلب واکنشها دما تاثیر دارد به جز واکنش استری شدن وانحلال نمک طعام درآب که تاثیر دما اندک است. هر تغییری در غلظت چه ناشی از افزایش غلظت یکی از مواد یا همه مواد ویا ناشی از تغییر فشار یاحجم ظرف تعادلی را می دهد که ثابت تعادل تغییر نمی کند ولی غلظت های تعادلی تغییر می کند. امادر مورد تغییر دما هم غلظت ها تغییر می کند هم ثابت تعادل

 CaCO3--------- CaO+CO2   k= CO2

K ثابت این تعادل با فشار تغییر نمی کند بلکه با دما تغییر می کند. بافشار فقط تعادل جابجا می شود. اگر دما ثابت باشد فشار را کم یا زیاد کنید تعادل به راست یا به چپ جابجا می شود. ولی تغییر فشار گاز بدون دستکاری حجم ظرف یا فشار خارجی فقط ناشی از تغییر دما است. اگر حجم تغییر کند فشار تغییر نمی کند و  اگر تغییر کند طبق رابطه بالا K تغییر می کند فشار گاز کربن دی اکسید در این معادله مساوی غلظت گاز کربن دی اکسید است ونمی تواند K ثابت تعادل راتغییر دهد. ثابت تعادل فقط با دما تغییر می کند.

افزایش فشار CO2 انحلال پذیری آن را طبق قانون هنری زیاد می کند، غلظت گاز با فشار گاز متناسب است.

 

(CO(H2O)₈   ²⁺   (aq)   +  4Cl^-   (aq)    ------------CoCl₄^2-   (aq)  +  6 H2O(L

در واکنش بالا اگر مقداری آب اضافه کنیم تعادل به کدام سمت جابجا می شود؟

آب در ثابت این تعادل نقشی ندارد و جابجایی ایجاد نمی کند، چون به شکل خالص است و اگر به شکل بخار بود اثر داشت

اثر آب بخاطر تغییر غلظت به شرطی که افزودن آب دما را تغییر ندهد چندان روی رنگ تعادل اثر ندارد ولی اگر دما تغییر کند اثر دارد. مقدار زیاد آب تغییر غلظت قابل ملاحظه است. اگر اب هم دما اضافه کنیم غلظت محلول کم می شود پس باید تعادل به چپ جابجا شود تا کاهش غلظت را تعدیل کند. چون جابجایی به چپ یا راست با افزودن آب کم اتفاق میافتد شدت رنگ خیلی تغییر نمی کند اثر دما محسوس تر است

چرا این تعادل با افزایش دما به سمت به چپ جابجا می شود؟ چون Q از Kبیشتر می شود باید به سمت چپ برود.

اثر دما در جابجایی به چه دلیلی است؟

از انجا که در واکنشهای تعادلی رفت وبرگشت بنیادی در نظر گرفته می شوند تغییر دما به خاطر تشکیل کمپلکس با لیگاند ضعیف است البته کمپلکس سمت چپ هشت وجهی وسمت راست 4وجهی است. اگر حجم این سامانه کاهش یابد فشار گاز افزایش می یابد وطبق اصل لوشاتلیه تعادل به سمت چپ جابجا می شود وچون K فقط تابع دما است باید فشار گاز CO2کاهش یافته وبر خلاف اصل لوشاتلیه به فشار اولیه برسد تا مقدار K ثابت بماند.

در یکی از موارد واکنش تولید آمونیاک در دما و فشار ثابت اگر نیتروژن را اضافه کنیم به گونه ای که مول آغازی نیتروژن 0.5 بیشتر شود علی رغم اضافه کردن نیتروژن تعادل بر خلاف اصل لوشاتلیه به سمت چپ جابه جا می شود.

توجیه ویژگی های آمینو اسیدها

اگر چه غالبا آمینو اسیدها را طوری نشان می دهند که یک گروه امینی و یک گروه کربوکسیل دارند ولی برخی خواص انها با این ساختار توافق ندارد در واقع امینو اسیدها در شکل خالص به صورت زوج یون یا یون های دو قطبی هستند یعنی باید هیدروژن اسیدی کربوکسیلیک را به قسمت امینی منتقل نمایید یعنی در یک قسمت کربوکسیلات منفی و در قسمت دیگه امونیم مثبت خواهیم داشت این ساختار تمامی ویژگی های امینواسیدها را در جدول کتاب پیش توجیه می کند

از ترکیباتی که دارای نیروهای جاذبه از نوع یونی هستند انتظار دماهای ذوب و جوش بالا میرود

انتظار نداریم در محلول های آلی مثل الکل و دی اتیل اتر حل شوند

البته یکی ازدلایل دیگه ای هم که بر این ساختار تاکید می کند این است کهثابت های اسیدی و بازی ان ها خیلی کمتر از کربوکسیلیک اسیدها و امینهاست و خاصیت بازی ان در حدود استات ها و خاصیت اسیدی ان در حدود امونیم است، همچنین محلول های انها گشتاور دو قطبی بالایی دارند و مشابه نمکها می باشد. وقتی این ترکیبات در اب حل می شوند بسته بهpH محلول اشکال مختلفی می توانند داشته باشند و در نقطه ایزو الکتریک شکل کتاب را خواهند داشت.

منبع: کتاب شیمی آلی موریسون و بوید

کتاب شیمی سوم دبیرستانکتاب شیمی سوم دبیرستان

دانلود کتاب شیمی سوم چاپ93-94

سوالات و پاسخنامه امتحان نهایی شیمی سوم دبیرستان94

برای دانلود سوالات و پاسخنامه اینجا کلیک کنید.