Experimentalvortrag AC Wasserstoffperoxid H2O2 Andrea Ost

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

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

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

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

2. Herstellung Versuch 1 Herstellung von H2O2

2. Herstellung Versuch 1 Herstellung von H2O2

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

Großtechnische Herstellung Früher: elektrolytische Oxidation von Schwefelsäure/ Sulfat-Lösungen Heute: Anthrachinon-Verfahren H2O2 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

2. Herstellung Crystallized H2O2 100%

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

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

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

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

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

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

Bedingungen für Zersetzung: 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)

Redoxamphoterie H2O2 wirkt häufig oxidierend (in saurer + alkal. Lsg.) 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!

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

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

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

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

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

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

Deinking/ Chlorfreie Bleiche 4. Anwendungsgebiete Demo 1 Deinking/ Chlorfreie Bleiche

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

4. Anwendungsgebiete Demo 2 Blondierung mit H2O2

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

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

„Elefantenzahnpasta“ 4. Anwendungsgebiete Versuch 4 „Elefantenzahnpasta“

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

Verwendung von H2O2 für Raketenantriebe 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

„Das flüssige H2O2 zersetzt sich an einem Schwermetall- 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

4. Anwendungsgebiete

4. Anwendungsgebiete Versuch 5 „Raketenstart“

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

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

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

4. Anwendungsgebiete Gesamtreaktion Luminol Aminophtalsäuredianion

Reaktionsmechanismus der Luminol - Reaktion 4. Anwendungsgebiete Reaktionsmechanismus der Luminol - Reaktion

4. Anwendungsgebiete

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

Der afrikanische Bombadierkäfer 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

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Wasserstoffperoxid und der Organismus 6. Physiologisches Wasserstoffperoxid und der Organismus Zellgift (oxidiert Zellbestandteile) Antibakterielle Wirkung Verwendung als Desinfektionsmittel Aber: H2O2 wird im Körper gebildet! Hyperoxidanionen (O2- ) entstehen als Nebenprodukt des Stoffwechsels/ Atmungskette bei deren Abbau wird H2O2 freigesetzt - 1/2 - 1 0

6. Physiologisches Versuch 7 und 8 Der H2O2 Killer

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

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

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Schulrelevanz Hessischer Lehrplan G8 10 G Redoxreaktionen + Oxidationszahlen LK 11 G2 fakultativ: modifizierte Naturstoffe (Papier) GK 12 G1 fakultativ: Nachweisreaktionen LK 12 G1 Aktivierungsenergie + Katalyse/Katalysatoren fakultativ: Enzymkinetik (im Stoffwechsel) fakultativ: Nachweisreaktionen LK 12 G2 Waschmittel (Inhaltsstoffe) Umweltchemie (Abwasserreinigung) GK/LK 12 Großtechnische Verfahren