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Experimentalvortrag AC

Experimentalvortrag AC. Wasserstoffperoxid H 2 O 2. Andrea Ost. Gliederung. Sicherheitshinweise Herstellung 2.1 Nachweise Eigenschaften 3.1 Physikalische 3.2 Chemische Anwendungsgebiete Vorkommen in der Natur Physiologisches Schulrelevanz. 1. Sicherheitshinweise. Gefahrensymbole:.

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Presentation Transcript

  1. Experimentalvortrag AC Wasserstoffperoxid H2O2 Andrea Ost

  2. Gliederung • Sicherheitshinweise • Herstellung 2.1 Nachweise • Eigenschaften 3.1 Physikalische 3.2 Chemische • Anwendungsgebiete • Vorkommen in der Natur • Physiologisches • Schulrelevanz

  3. 1. Sicherheitshinweise • Gefahrensymbole: O C Brandfördernd Ätzend • Sicherheitshinweise: • Beim Erwärmen explosionsfähig • Verursacht schwere Verätzungen • geeignete Schutzkleidung, • Schutzhandschuhe, Gesichtsschutz tragen

  4. Sicherheitshinweise • Herstellung 2.1 Nachweise • Eigenschaften 3.1 Physikalische 3.2 Chemische • Anwendungsgebiete • Vorkommen in der Natur • Physiologisches • Schulrelevanz

  5. 2. Herstellung Historisches zur Herstellung • 1818: Entdeckung von H2O2 durch Louis Jacques Thénard (Erfinder des Thénards-Blau) • Er stellte diese Chemikalie durch Zersetzen von Bariumperoxid her!

  6. 2. Herstellung Versuch 1 Herstellung von H2O2

  7. 2. Herstellung Versuch 1 Herstellung von H2O2

  8. 2. Herstellung 2.1 Nachweis - 2 - 1 - 1 Nebenreaktion: - 2 gelb-orange ↓ weiß schwerlöslich

  9. 2. Herstellung Großtechnische Herstellung • Früher: elektrolytische Oxidation von Schwefelsäure/ Sulfat-Lösungen • Heute: Anthrachinon-Verfahren • H2O2fällt im Produktionsprozess als wässrige Lösung an (15-40%) • Reinigung und anschließende Destillation (50-70%) • Stabilisierung und Lagerung oder weiteres Aufkonzentrieren, z.B. durch erneute Destillation oder Gefrierkristallisation

  10. Crystallized H2O2 100% 2. Herstellung

  11. 2. Herstellung Das Anthrachinonverfahren 40°C; 5 bar 30-80°C; 5 bar

  12. Sicherheitshinweise • Herstellung 2.1 Nachweise • Eigenschaften 3.1 Physikalische 3.2 Chemische • Anwendungsgebiete • Vorkommen in der Natur • Physiologisches • Schulrelevanz

  13. H2O2 rein + 150 °C H2O2 rein -0,4 °C 3. Eigenschaften von H2O2 3.1 Physikalische Eigenschaften von H2O2 • Fast farblose Flüssigkeit, in dicker Schicht bläulich • Hoch konzentriertes H2O2ist sirupös (Wasserstoffbrückenbindungen) • M(H2O2) = 34,02 g/mol • Dichte: 1,45 g/cm3 • Im Handel (Labor): 30%-Lsg.

  14. 3. Eigenschaften von H2O2 3.2 Chemische Eigenschaften von H2O2 • Sehr schwache Säure ---- ---- • H2O2 hat die Strukturformel H-O-O-H ---- ---- • Die Kette ist allerdings nicht linear, sondern verdrillt

  15. 3. Eigenschaften von H2O2 • Die BE beträgt 144 kJ/mol • Abstoßung immer noch vorhanden • O-O-Bindung schwach! • H2O2 = metastabile Verbindung • Starkes Zerfallsbestreben!

  16. 3. Eigenschaften von H2O2 Zersetzung: - 1 - 2 0 ∆H = - 98 kJ/mol Initiierung durch OH - Radikale: ∆H = 211 kJ/mol

  17. 3. Eigenschaften von H2O2 Bedingungen für Zersetzung: • Erhöhte Temperatur • Spuren von Schwermetallionen (z.B. Fe3+, Mn2+) • Alkalisch reagierende Stoffe (z.B. Alkalimetalle) • Evtl. plötzliche Explosion! Gegenmaßnahmen: • Zugabe von Stabilisatoren (Phosphate und Stannate = Chelatbildner)

  18. 3. Eigenschaften von H2O2 Redoxamphoterie • H2O2 wirkt häufig oxidierend (in saurer + alkal. Lsg.) • Gegenüber starken Oxidationsmitteln wirkt es jedoch reduzierend • H2O2 kann sowohl als Oxidations- als auch als Reduktionsmittel fungieren!

  19. 3. Eigenschaften von H2O2 Versuch 2 Wasserstoffperoxid als Oxidationsmittel

  20. 3. Eigenschaften von H2O2 Versuch 2 Wasserstoffperoxid als Oxidationsmittel Redoxgleichung + 2 - 1 + 4 - 2 - 2 braunschwarz

  21. 3. Eigenschaften von H2O2 Versuch 3 Wasserstoffperoxid als Reduktionsmittel

  22. 3. Eigenschaften von H2O2 Versuch 3 Wasserstoffperoxid als Reduktionsmittel - 1 0 Oxidation + 7 + 2 Reduktion Redoxgleichung + 7 - 2 - 1 + 2 - 2 0 blassrosa violett

  23. Sicherheitshinweise • Herstellung 2.1 Nachweise • Eigenschaften 3.1 Physikalische 3.2 Chemische • Anwendungsgebiete • Vorkommen in der Natur • Physiologisches • Schulrelevanz

  24. 4. Anwendungsgebiete Waschmittelzusätze Chem. Industrie Textilindustrie Papierindustrie H2O2 Antriebssysteme Wasserbehandlung Kosmetik Desinfektion

  25. 4. Anwendungsgebiete Von Degussa produziertes H2O2 Eigener Verbrauch 14% Verschiedenes 9% Umweltschutz 3% Papierindustrie 55% Textil 9% Chem. Industrie 10%

  26. 4. Anwendungsgebiete Demo 1 Deinking/ Chlorfreie Bleiche

  27. 4. Anwendungsgebiete Demo 1 Deinking/ Chlorfreie Bleiche - 1 - 2 - 2 - 1 - 1 - 2 0 nascierender Sauerstoff

  28. 4. Anwendungsgebiete Demo 2 Blondierung mit H2O2

  29. 4. Anwendungsgebiete Demo 2 Blondierung mit H2O2 Melanin-Körner Melano-zyten • Basen quellen das Haar auf • H2O2 kann eindringen und Melanin oxidieren

  30. 4. Anwendungsgebiete Beispiel Eumelanin • Durch Angriff der Hydroperoxidanionen: Ringöffnung • Delokalisation der Elektronen eingeschränkt • Haarfarbe wird aufgehellt

  31. 4. Anwendungsgebiete Versuch 4 „Elefantenzahnpasta“

  32. 4. Anwendungsgebiete Versuch 4 „Elefantenzahnpasta“ - 1 - 1 + 1 - 2 - 2 + 1 - 2 - 1 - 1 - 2 0 ↑ ↑

  33. 4. Anwendungsgebiete Verwendung von H2O2 für Raketenantriebe Degussa ist der weltweit zweitgrößte H2O2-Produzent (600.000 t/a) • Auftrag von russischer Weltraumbehörde: 50 t H2O2 (82,5%) bis 2009 für Sojus-Raketen Lieferung nach Kourou (Französisch-Guayana) • in Spezial-Behältern (gebeizt, passiviert) • mit Temperatur- und GPS-Überwachung

  34. 4. Anwendungsgebiete „Das flüssige H2O2 zersetzt sich an einem Schwermetall- katalysator unter großer Hitzeentwicklung. Es entstehen gasförmiger Sauerstoff und Wasserdampf. Gemeinsam treiben diese die Turbopumpen an, die mit 20.000 bis 30.000 Umdrehungen pro Minute durch Schaufelräder das Kerosin und den flüssigen Sauerstoff als Oxidator in die Raketentriebwerke drücken.“ Dr. Norbert Nimmerfroh, Leiter Anwendungstechnik

  35. 4. Anwendungsgebiete

  36. 4. Anwendungsgebiete Versuch 5 „Raketenstart“

  37. 4. Anwendungsgebiete Versuch 5 „Raketenstart“ + 4 - 2 - 1 + 6 - 2 - 2 + 6 - 2 - 1 + 4 - 2 - 2 0 Gesamt - 1 - 2 0 ↑ ↑ Katalytische Zersetzung

  38. 4. Anwendungsgebiete Versuch 6 Nachweis von H2O2 in Waschmitteln durch Chemolumineszens

  39. 4. Anwendungsgebiete Versuch 6 Nachweis von H2O2 in Waschmitteln Viele Waschmittel enthalten Natriumperborat - 1 - 2 - 2 - 1 - 2

  40. 4. Anwendungsgebiete Gesamtreaktion Luminol Aminophtalsäuredianion

  41. 4. Anwendungsgebiete Reaktionsmechanismus der Luminol - Reaktion

  42. 4. Anwendungsgebiete

  43. Sicherheitshinweise • Herstellung 2.1 Nachweise • Eigenschaften 3.1 Physikalische 3.2 Chemische • Anwendungsgebiete • Vorkommen in der Natur • Physiologisches • Schulrelevanz

  44. 5. Vorkommen in der Natur Wo findet man Wasserstoffperoxid?

  45. 5. Vorkommen in der Natur Der afrikanische Bombadierkäfer • ca. 1 cm groß • besitzt ein effektives „Waffensystem“: • Sammelblase: Hydrochinon und 28,5%H2O2 • Explosionskammer: Peroxidasen • Bei Bedrohung: Produktion + Ausstoß eines 100°C heißen Gas-/Chinon- Gemisches

  46. Sicherheitshinweise • Herstellung 2.1 Nachweise • Eigenschaften 3.1 Physikalische 3.2 Chemische • Anwendungsgebiete • Vorkommen in der Natur • Physiologisches • Schulrelevanz

  47. 6. Physiologisches Wasserstoffperoxid und der Organismus Zellgift (oxidiert Zellbestandteile) • Antibakterielle Wirkung • Verwendung als Desinfektionsmittel Aber: H2O2wird im Körper gebildet! • Hyperoxidanionen (O2- ) entstehen als Nebenprodukt des Stoffwechsels/ Atmungskette • bei deren Abbau wird H2O2freigesetzt • - 1/2 - 1 0

  48. 6. Physiologisches Versuch 7 und 8 Der H2O2 Killer

  49. 6. Physiologisches Versuch 7 und 8 Der H2O2 Killer Reaktives Zentrum Katalase

  50. 6. Physiologisches Versuch 7 und 8 Der H2O2 Killer + 3 - 1 + 4 - 2 - 2 + 4 - 2 - 1 + 3 0 - 2 ↑

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