تهیّه آب اکسیژنه و را ههای شناسایی ان و بررسی برخی از خواص آن

هدف از این آزمايش تهیه آب اکسیژنه به وسیله اسیدی کردن پراکسید های فلزات قلیایی یا قلیایی خاکی، بررسی رفتار آن در مقابل برخی واکنش گرها و اندازه گیری ارزش حجمی و وزنی آب اکسیژنه به وسیله تیتراسیون با محلول پرمنگنات 0.1N می باشد.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 يک فلز يک ظرفیتی و یا دو ظرفیتی وجود دارد. پراکسید فلزات قلیایی و قلیایی خاکی به ترتیب دارای فرمول M₂O₂ و MO₂ می باشند. 

پراکسید ها به دو دسته تقسیم می شوند:

1. ^{پلی اکسید ها که با اسيد سولفوريک تولید اکسیژن می کنند.}
2. ^{هیپراکسید ها که با اسيد سولفوريک رقیق تبدیل به آب اکسیژنه می شوند. به این دسته نمک های آب اکسیژنه می گویند.}

از موارد استفاده آب اکسیژنه می توان به اثر سفید کنندگی در الیافسلولزی 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-89°C و 150°C می باشد. در 20°C 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. ثابت دی الکتریک آب اکسیژنه بالا می باشد. مایع خالص آن در دمای 25°C ، ε=93 و محلول آبی 60% آنε=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. 

2 H₂O₂ → O₂ + 2 H₂O

 در غیاب کاتالیزور سرعت تجزیه آب اکسیژنه بسیار ملایم است ولی در مقابل فلزاتی چون Pt ، Ag و یا ترکیباتی چون MnO₂ 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. برای پایدار کردن، آن را با موادی از قبیل اسيد فسفریک، اسيد سیتریک و گلیسرول که خاصیت ضد کاتالیزوری دارند، مخلوط می کنند. خاصیت اکسید کنندگی آب اکسیژنه به علت سهولت آزاد شدن يک اتم اکسیژن فعال است. 

H₂O₂ → O + H₂O

 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:

Mn^2+ + H₂O₂ → Mn⁴⁺ + 2 OH^-

 سولفور سرب سیاه رنگ در سرما تحت اثر H₂O₂ به سولفات سفید رنگ تبدیل می شود.

4 H₂O₂ → 4 O + 4 H₂O

PbS + 4 O → PbSO₄

طرز شناسایی آب اکسیژنه

^{1) یدید پتاسیم را در مجاورت پراکسید هیدروژن اسیدی قرار داده و يد حاصله را با محلول استاندارد تيوسولفات تیتر می کنند.}

 ^{2 KI + H₂SO₄ + H₂O₂ → K₂SO₄ + I₂ + 2 H₂O}

 ^{2) از افزایش محلول آن به دی اکسید تیتانیوم در مجاورت اسيد سولفوريک، رنگ مربوط به پراکسید تيتانيوم مشاهده می شود.}

^{3) با محلول اسيد کرومیک یا محلول اسیدی بی کرومات رنگ آبی تیره تولید می شود.}

روش تهیه آزمایشگاهی آب اکسیژنه 

پراکسید هیدروژن را می توان از اثر اسيد سولفوريک رقیق بر پراکسید سدیم یا پراکسید باریم (BaO₂.8H₂O) در دمای پایین تهیه کرد.

 H₂SO₄ + BaO₂ → BaSO₄ + H₂O₂

 در تهیه نمک های باریم از باریت ها (BaSO₄) مقداری BaO به دست می آید که در اثر حرارت در هوا اکسید می شود و به پراکسید باریم تبدیل می شود. پراکسید باریم با اسيد فسفریک نیز تولید آب اکسیژنه می کند. 

BaO₂ + H₃PO₄ → BaHPO₄ + H₂O₂

 فسفات باریم نا محلول از آن جدا می شود و محلول آبی آب اکسیژنه به دست می آید که به وسیله تقطیر در فشار کم می توان آن را تغلیظ کرد. از عبور گاز دی اکسید کربن در محلول پراکسید باریم نیز آب اکسیژنه بدست می آید.

 BaO₂ + H₂O + CO₂ → BaCO₃ + H₂O₂

 روش دیگر بر اساس روش مرک می باشد که در آن پراکسید سدیم با اسيد سولفوريک 20% در دمای پایین واکنش داده و بعد از خارج کردن سولفات سدیم متبلور (Na₂SO₄.10H₂O) بعد از تغلیظ آب اکسیژنه با غلظت 30% بدست می آید.

Na₂O₂ + H₂SO₄ + 10H₂O → Na₂SO₄.10H₂O + H₂O₂

 روش تهیه صنعتی آب اکسیژنه 

1. فرایند خود اکسایش: يکی از مشتقات آنتراکینون بر اثر واکنش با هیدروژن در مجاورت کاتالیزگر پالادیم به آنتراهيدروکينون تبدیل می شود. با عبور هوا از این ماده، محلول پراکسید هیدروژن 20% وزنی به دست می آید.
2. روش الکتروليز: از الکتروليز محلول اسيد سولفوريک 50% وزنی یا محلول اسيد سولفوريک و سولفات گمونم با شدت جریان زیاد،پراکسو دی سولفات (و در نهایت از هیدرولیز آن پراکسید هیدروژن) در آند و هیدروژن در کاتد بدست می آید.

H₂SO₄ ↔ H⁺ + HSO₄^-

2 HSO₄^- → H₂S₂O₈ + 2 e^-

H₂S₂O₈ + H₂O → H₂SO₅ + H₂SO₄

 H₂SO₅ + H₂O → H₂SO₄ + H₂O₂

 پراکسید هیدروژن را در دمای بالا و فشار کم جداکرده و پس از تغلیظ سازی، محلول 30% وزنی بدست می آید.

ارزش حجمی پراکسید هیدروژن 

قدرت پراکسید هیدروژن (ارزش حجمی) عبارت است از حجم اکسیژن که در شرایط متعارفی از يک حجم پراکسید هیدروژن آزاد می شود. مثلاً اگر 10gr پراکسید هیدروژن در شرایط متعارفی تولید200ml اکسیژن کند، ارزش حجمی این محلول 20 خواهد بود. ارتباط ارزش حجمی پراکسید با نرمالیته آن به صورت زیر می باشد.

6/5 a = N ×

که در آن a ارزش حجمی و N نرمالیته می باشد.

روش کار:

مقدار 1gr از BaO₂ را در یک بشر بریزید و مقدار 2.5ml آب مقطر سرد شده به آن اضافه کنید و خوب به هم بزنید تا به صورت خمیر درآید و آن را در یک تشتک قرار دهید. مقدار 2ml سولفوريک اسید4N را در یک بشر ریخته و آن را نیز در یک تشتک آب یخ قرار دهید. در این هنگام بشر حاوی اسید را به بشر دیگر اضافه کنید و در همانتشتک یخ بگذارید بماند و خوب به هم بزنید. به دلیل این که واکنش گرما زا است اسید را به ملایمت و کم کم به اکسید باریم اضافه نمایید و پس از هر بار اضافه کردن بایستی مکث کرد تا درجه حرارت مخلوط به صفر برسد. سپس رسوب حاصله را با کاغذ صافی صاف نموده و با 10ml آب مقطر بشویید. محلول زیر صافی آب اکسیژنه است. 

BaO₂ + H₂SO₄ → H₂O₂ + BaSO₄

اندازه گیری پراکسید هیدروژن:

یک روش خوب برای اندازه گیری پراکسید هیدروژن استفاده از پرمنگنات در محیط اسیدی است. 

2MnO₄^- + 5H₂O₂ + 6H⁺ → 2Mn²⁺ + 5O₂ + 8H₂O

 در اندازه گیری پراکسید هیدروژن به وسیله پرمنگنات باید مراقب باشیم تا دی اکسید منگنز به وجود نیاید. زیرا MnO₂ به صورت کاتالیزور عمل کرده و پراکسید هیدروژن را تجزیه می کند. جهت رفع این مشکل باید محلول به حد کافی اسیدی باشد و همچنین پرمنگنات را خیلی آهسته به محلول پراکسید هیدروژن اضافه نمود. در صورتی که محلول پرمنگنات خیلی رقیق باشد و یا محلول H2O2 رنگی باشد در این صورت از معرف Ferrion استفاده می گردد. برای تهیه این معرف مقدار 0.6gr از FeSO₄.5H₂O را با 1.485gr از 1,10-phenanthro line hydrate در 100ml آب مقطر حل می کنیم.