Experimentalvortrag AC Wasserstoffperoxid H 2 O 2 Andrea

Experimentalvortrag AC Wasserstoffperoxid H 2 O 2 Andrea Ost

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

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

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

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

2. Herstellung Versuch 1 Herstellung von H 2 O 2

2. Herstellung Versuch 1 Herstellung von H 2 O 2

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

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

2. Herstellung Crystallized H 2 O 2 100%

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

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. Eigenschaften von H 2 O 2 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) H 2 O 2 rein -0, 4 °C • M(H 2 O 2) = 34, 02 g/mol • Dichte: 1, 45 g/cm 3 • Im Handel (Labor): 30%-Lsg. H 2 O 2 rein + 150 °C

3. Eigenschaften von H 2 O 2 3. 2 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

3. Eigenschaften von H 2 O 2 • Die BE beträgt 144 k. J/mol Þ Abstoßung immer noch vorhanden Þ O-O-Bindung schwach! Þ H 2 O 2 = metastabile Verbindung Þ Starkes Zerfallsbestreben!

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

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) Þ Evtl. plötzliche Explosion! Gegenmaßnahmen: • Zugabe von Stabilisatoren (Phosphate und Stannate = Chelatbildner)

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 Þ H 2 O 2 kann sowohl als Oxidations- als auch als Reduktionsmittel fungieren!

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

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

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

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

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

4. Anwendungsgebiete Papierindustrie Antriebssysteme Chem. Industrie Waschmittelzusätze H 2 O 2 Kosmetik Desinfektion Textilindustrie Wasserbehandlung

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

4. Anwendungsgebiete Demo 1 Deinking/ Chlorfreie Bleiche

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

4. Anwendungsgebiete Demo 2 Blondierung mit H 2 O 2

4. Anwendungsgebiete Demo 2 Blondierung mit H 2 O 2 Melanozyten Melanin. Körner • Basen quellen das Haar auf • H 2 O 2 kann eindringen und Melanin oxidieren

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

4. Anwendungsgebiete Versuch 4 „Elefantenzahnpasta“

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

4. Anwendungsgebiete Verwendung von H 2 O 2 für Raketenantriebe Degussa ist der weltweit zweitgrößte H 2 O 2 -Produzent (600. 000 t/a) Þ Auftrag von russischer Weltraumbehörde: 50 t H 2 O 2 (82, 5%) bis 2009 für Sojus-Raketen Lieferung nach Kourou (Französisch-Guayana) Þ in Spezial-Behältern (gebeizt, passiviert) Þ mit Temperatur- und GPS-Überwachung

4. Anwendungsgebiete „Das flüssige H 2 O 2 zersetzt sich an einem Schwermetallkatalysator 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“

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

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

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

4. Anwendungsgebiete Gesamtreaktion Luminol Aminophtalsäuredianion

4. Anwendungsgebiete Reaktionsmechanismus der Luminol - Reaktion

4. Anwendungsgebiete

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. Vorkommen in der Natur Wo findet man Wasserstoffperoxid?

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 Þ Bei Bedrohung: Produktion + Ausstoß eines 100°C heißen Gas-/Chinon. Gemisches

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

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

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

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

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

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

Schulrelevanz Hessischer Lehrplan G 8 • 10 G Redoxreaktionen + Oxidationszahlen • LK 11 G 2 fakultativ: modifizierte Naturstoffe (Papier) • GK 12 G 1 fakultativ: Nachweisreaktionen • LK 12 G 1 Aktivierungsenergie + Katalyse/Katalysatoren fakultativ: Enzymkinetik (im Stoffwechsel) fakultativ: Nachweisreaktionen • LK 12 G 2 Waschmittel (Inhaltsstoffe) Umweltchemie (Abwasserreinigung) • GK/LK 12 Großtechnische Verfahren