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Experimentalvortrag AC Wasserstoffperoxid H 2 O 2 Andrea Ost.

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Präsentation zum Thema: "Experimentalvortrag AC Wasserstoffperoxid H 2 O 2 Andrea Ost."—  Präsentation transkript:

1 Experimentalvortrag AC Wasserstoffperoxid H 2 O 2 Andrea Ost

2 Gliederung 1.Sicherheitshinweise 2.Herstellung 2.1 Nachweise 3.Eigenschaften 3.1 Physikalische 3.2 Chemische 4.Anwendungsgebiete 5.Vorkommen in der Natur 6.Physiologisches 7.Schulrelevanz

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

4 1.Sicherheitshinweise 2.Herstellung 2.1 Nachweise 3.Eigenschaften 3.1 Physikalische 3.2 Chemische 4.Anwendungsgebiete 5.Vorkommen in der Natur 6.Physiologisches 7.Schulrelevanz

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

6 Versuch 1 Herstellung von H 2 O 2 2. Herstellung

7 Versuch 1 Herstellung von H 2 O 2

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

9 2. Herstellung Großtechnische Herstellung Früher: elektrolytische Oxidation von Schwefelsäure/ Sulfat-Lösungen Heute: Anthrachinon-Verfahren  H 2 O 2 fällt 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 2. Herstellung Crystallized H 2 O 2 100%

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

12 1.Sicherheitshinweise 2.Herstellung 2.1 Nachweise 3.Eigenschaften 3.1 Physikalische 3.2 Chemische 4.Anwendungsgebiete 5.Vorkommen in der Natur 6.Physiologisches 7.Schulrelevanz

13 3.1 Physikalische Eigenschaften von H 2 O 2 Fast farblose Flüssigkeit, in dicker Schicht bläulich Hoch konzentriertes H 2 O 2 ist sirupös (Wasserstoffbrückenbindungen) M(H 2 O 2 ) = 34,02 g/mol Dichte: 1,45 g/cm 3 Im Handel (Labor): 30%-Lsg. 3. Eigenschaften von H 2 O 2 H 2 O 2 rein -0,4 °C H 2 O 2 rein °C

14 3. Eigenschaften von H 2 O Chemische Eigenschaften von H 2 O 2 Sehr schwache Säure H 2 O 2 hat die Strukturformel H-O-O-H Die Kette ist allerdings nicht linear, sondern verdrillt

15 3. Eigenschaften von H 2 O 2 Die BE beträgt 144 kJ/mol  Abstoßung immer noch vorhanden  O-O-Bindung schwach!  H 2 O 2 = metastabile Verbindung  Starkes Zerfallsbestreben!

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

17 3. Eigenschaften von H 2 O 2 Bedingungen für Zersetzung: Erhöhte Temperatur Spuren von Schwermetallionen (z.B. Fe 3+, Mn 2+ ) Alkalisch reagierende Stoffe (z.B. Alkalimetalle)  Evtl. plötzliche Explosion! Gegenmaßnahmen: Zugabe von Stabilisatoren (Phosphate und Stannate = Chelatbildner)

18 3. Eigenschaften von H 2 O 2 Redoxamphoterie –H 2 O 2 wirkt häufig oxidierend (in saurer + alkal. Lsg.) –Gegenüber starken Oxidationsmitteln wirkt es jedoch reduzierend  H 2 O 2 kann sowohl als Oxidations- als auch als Reduktionsmittel fungieren!

19 3. Eigenschaften von H 2 O 2 Versuch 2 Wasserstoffperoxid als Oxidationsmittel

20 3. Eigenschaften von H 2 O 2 Versuch 2 Wasserstoffperoxid als Oxidationsmittel Redoxgleichung braunschwarz

21 3. Eigenschaften von H 2 O 2 Versuch 3 Wasserstoffperoxid als Reduktionsmittel

22 3. Eigenschaften von H 2 O 2 Versuch 3 Wasserstoffperoxid als Reduktionsmittel Oxidation Reduktion Redoxgleichung violett blassrosa 0

23 1.Sicherheitshinweise 2.Herstellung 2.1 Nachweise 3.Eigenschaften 3.1 Physikalische 3.2 Chemische 4.Anwendungsgebiete 5.Vorkommen in der Natur 6.Physiologisches 7.Schulrelevanz

24 4. Anwendungsgebiete H2O2H2O2 Papierindustrie Chem. Industrie Waschmittelzusätze Textilindustrie Wasserbehandlung Kosmetik Antriebssysteme Desinfektion

25 4. Anwendungsgebiete Von Degussa produziertes H 2 O 2 Papierindustrie 55% Textil 9% Umweltschutz 3% Verschiedenes 9% Eigener Verbrauch 14% Chem. Industrie 10%

26 4. Anwendungsgebiete Demo 1 Deinking/ Chlorfreie Bleiche

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

28 4. Anwendungsgebiete Demo 2 Blondierung mit H 2 O 2

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

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“ ↑↑

33 4. Anwendungsgebiete Verwendung von H 2 O 2 für Raketenantriebe Degussa ist der weltweit zweitgrößte H 2 O 2 -Produzent ( t/a)  Auftrag von russischer Weltraumbehörde: 50 t H 2 O 2 (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 H 2 O 2 zersetzt sich an einem Schwermetall- katalysator unter großer Hitzeentwicklung. Es entstehen gasförmiger Sauerstoff und Wasserdampf. Gemeinsam treiben diese die Turbopumpen an, die mit bis 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 Versuch 5 „Raketenstart“

37 4. Anwendungsgebiete Versuch 5 „Raketenstart“ Gesamt ↑ ↑ Katalytische Zersetzung

38 4. Anwendungsgebiete Versuch 6 Nachweis von H 2 O 2 in Waschmitteln durch Chemolumineszens

39 4. Anwendungsgebiete Versuch 6 Nachweis von H 2 O 2 in Waschmitteln Viele Waschmittel enthalten Natriumperborat

40 4. Anwendungsgebiete Gesamtreaktion Luminol Aminophtalsäuredianion

41 4. Anwendungsgebiete Reaktionsmechanismus der Luminol - Reaktion

42 4. Anwendungsgebiete

43 1.Sicherheitshinweise 2.Herstellung 2.1 Nachweise 3.Eigenschaften 3.1 Physikalische 3.2 Chemische 4.Anwendungsgebiete 5.Vorkommen in der Natur 6.Physiologisches 7.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% H 2 O 2 –Explosionskammer: Peroxidasen  Bei Bedrohung: Produktion + Ausstoß eines 100°C heißen Gas-/Chinon- Gemisches

46 1.Sicherheitshinweise 2.Herstellung 2.1 Nachweise 3.Eigenschaften 3.1 Physikalische 3.2 Chemische 4.Anwendungsgebiete 5.Vorkommen in der Natur 6.Physiologisches 7.Schulrelevanz

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

48 6. Physiologisches Versuch 7 und 8 Der H 2 O 2 Killer

49 6. Physiologisches Versuch 7 und 8 Der H 2 O 2 Killer Katalase Reaktives Zentrum

50 6. Physiologisches Versuch 7 und 8 Der H 2 O 2 Killer ↑

51 1.Sicherheitshinweise 2.Herstellung 2.1 Nachweise 3.Eigenschaften 3.1 Physikalische 3.2 Chemische 4.Anwendungsgebiete 5.Vorkommen in der Natur 6.Physiologisches 7.Schulrelevanz

52 Schulrelevanz Hessischer Lehrplan G8 10 GRedoxreaktionen + Oxidationszahlen LK 11 G2fakultativ: modifizierte Naturstoffe (Papier) GK 12 G1fakultativ: Nachweisreaktionen LK 12 G1Aktivierungsenergie + Katalyse/Katalysatoren fakultativ: Enzymkinetik (im Stoffwechsel) fakultativ: Nachweisreaktionen LK 12 G2Waschmittel (Inhaltsstoffe) Umweltchemie (Abwasserreinigung) GK/LK 12Großtechnische Verfahren


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