Введення
Пероксид водню H2O2 - найпростіший представник пероксидів. Безбарвна рідина з «металевим» смаком, необмежено розчинна у воді, спирті і ефірі. Концентровані водні розчини вибухонебезпечні. Перекис водню сам по собі є хорошим розчинником. З води виділяється у вигляді нестійкого кристаллогидрата H2O2 2H2O [1].
Перекис водню є, як відомо, унікальним антисептичним засобом. Більше того, це з'єднання знайшло застосування в багатьох галузях промисловості, таких, як харчова, ракетна, текстильна. [1] Тому дослідження перекису водню та її похідних становить великий інтерес.
Мета роботи
Розробка прямих потенціометричних методів контролю концентрації Н2О2 лімітується в основному підбором матеріалу індикаторного електрода.
Нам потрібно було розробити такий електрод, який найбільш повно задовольняв рівнянню Нернста:
Е=Е0 + ln [] (рівняння 1)
на якому відбувається електродний процес: O2 + H2O + 2e=HO - 2 + OH -.
Стояло завдання одержання лінійної залежності, що відповідає уравненію1. Параметри рівняння:
~ 29мВ
~ 29мВ
~ 29мВ
Дві особливості характерні для перекису водню як хімічної речовини:
а) Н2О2 бере участь у реакціях і як окислювач (відновлюється до води), і як відновник (окислюється до кисню);
б) Н2О2 термодинамічно нестійке з'єднання і факт його існування пов'язаний лише з кінетичної загальмованістю реакції саморозкладу.
Остання обставина, а також електрохімічні властивості розчинів, що містять Н2О2, стають особливо зрозумілими, якщо розглядати Н2О2 як ланка в ланцюзі відновлення кисню до води (або зворотного процесу окислення).
Кислий розчин (1)
Лужний розчин (2)
Наведені в схемах значення потенціалів є стандартними для відповідних реакцій у водних розчинах. Звідси випливає термодинамічна вигідність реакцій саморозкладу Н2О2, наприклад:
Таким чином, розчини перекису водню являють собою насправді суміш трьох окисно-відновних систем О2/Н2О, О2/Н2О2, Н2О2/Н2О (для лужних розчинів О2/ОН, О2/Н2О2, Н2О2/ОН), рівновага між якими відсутня. Тому можлива тільки формальна аналогія з системою хинон-гідрохінон, де також в розчині існують три редокс системи, але є рівновага межу ними, і немає специфічних проблем при потенціометричних вимірах. [5]
Вимоги до електрода, який міг би виконати роль індикаторного в системі O2/Н2O2, пояснює схема паралельно послідовних реакцій (схема 1). У зв'язку з відсутністю електронного обміну в об'ємі розчину поверхню електрода повинна каталізувати цей процес між O2 і Н2O2 в адсорбованому стані (К2 і К2), в той же час на кілька порядків повинна перевищувати К1 і К3. Каталізуючи електронний обмін, електрод не повинен викликати збільшення К4. [6]
Вимоги до електрода:
Електрод повинен каталізувати електронний обмін в системі О2/Н2О2, що припускає адсорбцію О2 і Н2О2 на поверхні, однак адсорбція повинна бути «м'якої», без розриву зв'язків О-О в молекулі кисню. Схема 1
Електрод не повинен сприяти каталитическому розкладанню Н2О2.
Швидкість побічних процесів має бути мала в порівнянні з основною.
Матеріал електрода повинен зберігати індиферентність по відношенню до розчину. [2]
Огляд літератури
Особливе положення лужних розчинів перекису водню стало очевидним після опублікування в 1943 р Роботи Берла [2]. У цьому дослідженні було показано, що електроди з графіту, на поверхню яких наносилося 5 мг/см2 дрібнозернистого активованого вугілля (наносилася пульверизатором суспензія в толуол-етаноловом розчині), поводяться як оборотні до системи О2/Н2О2 в розчинах КОН (від 0,12 до 11,45N). Наводилися переконливі докази того, що електродним процесом є наступний
О2 + Н2О +2 е? АЛЕ2 + ОН- не ускладнений протіканням паралельних процесів за схемою (1). Але по Н2О2 при pH? 13 процес відповідає розрахунковому кутку?/2 по рівнянню 1. А по О2 тільки при р=1 атм. [5]
Результати Берла були багаторазово повторені, у тому числі на Hg і навіть на Au- і Pt- електродах, але в дуже розбавлених по Н2О2 розчинах (платина - один з найбільш активних каталізаторів саморозкладу Н2О2) [6]
Після досліджень Багоцького, також виконаних в лужних розчинах (аон-? 0,09), але вже на ртутному електроді, не залишилося сумнівів у тому, що в лужних розчинах на деяких електродних матеріалах редокс система О2/Н2О2 є оборотною (або досягається дуже близьке до оборотного стан). Це особливе становище лужних розчинів, у порівнянні з кислими і нейтральними, пояснюється наступним чином:
сповільненій стадією електродного процесу у всіх середовищах є наступна: О2 + е? О2- (катодне напрямок)
...
