Как измерить скорость разложения пероксида водорода
Работа № 26. ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ РАЗЛОЖЕНИЯ ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА ГАЗОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
Цель работы − определение основных кинетических параметров химической реакции: средней константы скорости, порядка реакции и энергии активации. Ознакомление с газометрическим методом изучения кинетики химических реакций, протекающих с участием газообразных веществ.
Пероксид водорода в водных растворах самопроизвольно разлагается по уравнению с выделением газообразного кислорода
В присутствии некоторых катионов и анионов разложение заметно ускоряется. Реакция может служить примером гомогенной каталитической реакции. Разложение Н2О2сопровождается выделением О2. За ходом реакции следят по изменениям объема выделившегося кислорода через различные промежутки времени от начала реакции.
Схема прибора для изучения кинетики разложения пероксида водорода представлена на рис. 3.3.
Порядок выполнения работы
1. Налить в реакционный сосуд (1) раствор катализатора и при открытом кране (5) поместить сосуд в термостат (4). Вид катализатора и температурный режим процесса определяется преподавателем.
2. С помощью уравнительного сосуда (3) установить уровень воды в бюретке (2) на нулевом делении или около него. Закрыть кран (5) и проверить прибор на герметичность.
3. Выдержать реакционный сосуд в термостате
20 мин. и влить в него по указанию преподавателя определенное количество пероксида водорода. Раствор перемешать, встряхивая реакционный сосуд с закрытой пробкой. кран вверху бюретки держать открытым 1 мин. для вытеснения воздуха, затем его закрыть.
4. Установить на одной отметке уровни жидкости в бюретке (2)и в уравнительном сосуде (3), чтобы привести давление в приборе к атмосферному. Записать исходный уровень жидкости в бюретке и время на часах.
5. В ходе реакции делать замеры уровня жидкости в измерительной бюретке через каждые 2-3 мин. в течение 30-36 мин. Следить, чтобы при измерениях уровни жидкости в бюретке и уравнительном сосуде были одинаковыми.
6. После того как реакция практически прекратится, реакционный сосуд поместить в кипящую водяную баню на 15 мин. При кипячении на водяной бане уравнительный сосуд поддерживать в самом высоком положении.
7. Охладитьреакционный сосуд до температуры термостата, выдержать в течение 10-15 мин., после чего замерить уровень жидкости в бюретке (α∞).
8. Результаты измерений занести в таблицу, записав следующие условия опыта:
9. Построить кинетическую кривую αt = f(τ).
10. Рассчитать константу скорости для трех-четырех измерений τ при установившемся режиме (в середине процесса) по кинетическому уравнению первого порядка, где концентрации пероксида водорода заменить пропорциональными им величинами объемов выделившегося кислорода. Следует считать, что максимальный объем выделившегося кислорода пропорционален начальной концентрации пероксида водорода, а объем α∞-ατ пропорционален изменению концентрации пероксида водорода к моменту от начала реакции. Тогда
.
11. Вычислить среднее значение константы скорости реакции.
12. Построить график зависимости tg(α∞-αt) = f(τ), откладывая время в минутах по оси абсцисс. Для реакции первого порядка эта зависимость выражается прямой, тангенс угла наклона которой к оси τесть константа скорости.
13. Определить константу скорости по графику и сравнить с вычисленной. С учетом перевода натурального логарифма в десятичный k = 2,3 tgφ.
14. Записать уравнение химической реакции разложения пероксида водорода и кинетическое уравнение реакции.
15. Получив у преподавателя значение константы скорости при другой температуре, рассчитать энергию активации реакции.
Работа № 26. ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ РАЗЛОЖЕНИЯ ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА ГАЗОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
Цель работы − определение основных кинетических параметров химической реакции: средней константы скорости, порядка реакции и энергии активации. Ознакомление с газометрическим методом изучения кинетики химических реакций, протекающих с участием газообразных веществ.
Пероксид водорода в водных растворах самопроизвольно разлагается по уравнению с выделением газообразного кислорода
В присутствии некоторых катионов и анионов разложение заметно ускоряется. Реакция может служить примером гомогенной каталитической реакции. Разложение Н2О2сопровождается выделением О2. За ходом реакции следят по изменениям объема выделившегося кислорода через различные промежутки времени от начала реакции.
Схема прибора для изучения кинетики разложения пероксида водорода представлена на рис. 3.3.
Порядок выполнения работы
1. Налить в реакционный сосуд (1) раствор катализатора и при открытом кране (5) поместить сосуд в термостат (4). Вид катализатора и температурный режим процесса определяется преподавателем.
2. С помощью уравнительного сосуда (3) установить уровень воды в бюретке (2) на нулевом делении или около него. Закрыть кран (5) и проверить прибор на герметичность.
3. Выдержать реакционный сосуд в термостате
20 мин. и влить в него по указанию преподавателя определенное количество пероксида водорода. Раствор перемешать, встряхивая реакционный сосуд с закрытой пробкой. кран вверху бюретки держать открытым 1 мин. для вытеснения воздуха, затем его закрыть.
4. Установить на одной отметке уровни жидкости в бюретке (2)и в уравнительном сосуде (3), чтобы привести давление в приборе к атмосферному. Записать исходный уровень жидкости в бюретке и время на часах.
5. В ходе реакции делать замеры уровня жидкости в измерительной бюретке через каждые 2-3 мин. в течение 30-36 мин. Следить, чтобы при измерениях уровни жидкости в бюретке и уравнительном сосуде были одинаковыми.
6. После того как реакция практически прекратится, реакционный сосуд поместить в кипящую водяную баню на 15 мин. При кипячении на водяной бане уравнительный сосуд поддерживать в самом высоком положении.
7. Охладить реакционный сосуд до температуры термостата, выдержать в течение 10-15 мин., после чего замерить уровень жидкости в бюретке (α∞).
8. Результаты измерений занести в таблицу, записав следующие условия опыта:
9. Построить кинетическую кривую αt = f(τ).
10. Рассчитать константу скорости для трех-четырех измерений τ при установившемся режиме (в середине процесса) по кинетическому уравнению первого порядка, где концентрации пероксида водорода заменить пропорциональными им величинами объемов выделившегося кислорода. Следует считать, что максимальный объем выделившегося кислорода пропорционален начальной концентрации пероксида водорода, а объем α∞— ατ пропорционален изменению концентрации пероксида водорода к моменту от начала реакции. Тогда
.
11. Вычислить среднее значение константы скорости реакции.
12. Построить график зависимости tg(α∞-αt) = f(τ), откладывая время в минутах по оси абсцисс. Для реакции первого порядка эта зависимость выражается прямой, тангенс угла наклона которой к оси τесть константа скорости.
13. Определить константу скорости по графику и сравнить с вычисленной. С учетом перевода натурального логарифма в десятичный k = 2,3 tgφ.
14. Записать уравнение химической реакции разложения пероксида водорода и кинетическое уравнение реакции.
15. Получив у преподавателя значение константы скорости при другой температуре, рассчитать энергию активации реакции.
Лабораторная работа № 9
Тема: Каталитическая активность ферментов в живых клетках
Цель: выявить каталитическую функцию белков в живых клетках, сформировать знания о роли ферментов в клетках, закрепить умение работать с микроскопом, проводить опыты и объяснять результаты работы.
2. Измельчите в ступке кусочек сырого картофеля с небольшим количеством песка. Перенесите измельчённый картофель вместе с песком в пробирку и капните немного пероксида водорода. Сравните активность измельчённой и целой растительной ткани.
3. Составьте таблицу, показывающую активность каждой ткани при различной обработке.
4. Объясните полученные результаты. Ответьте на вопросы:
Перекись водорода и сырой картофель
Выделяется кислород, белок распадается до первичной структуры и превращается в пену
Перекись водорода и вареный картофель
Перекись водорода и сырое мясо (печень)
Выделяется кислород, белок распадается до первичной структуры и превращается в пену, мясо белеет и всплывает
Перекись водорода и вареное мясо (печень)
Перекись водорода растертый сырой картофель с песком
При измельчении живой ткани реакция проходит быстрее, т.к. площадь соприкосновения белка и перекиси водорода увеличивается и увеличивается пена
Ответьте на вопросы:
1. В каких пробирках проявилась активность фермента каталазы? Объясните, почему.
Каталаза фермент, катализирующий реакцию разложения перекиси водорода на воду и молекулярный кислород: Н2О2 + Н2О2 = О2 + 2Н2О. Биологическая роль К. заключается в деградации перекиси водорода, образующейся в клетках в результате действия ряда флавопротеиновых оксидаз (ксантиноксидазы, глюкозооксидазы, моноаминоксидазы и др.), и обеспечении эффективной защиты клеточных структур от разрушения под действием перекиси водорода. Генетически обусловленная недостаточность К. является одной из причин так называемой акаталазии — наследственного заболевания, клинически проявляющегося изъязвлением слизистой оболочки носа и ротовой полости, иногда резко выраженными атрофическими изменениями альвеолярных перегородок и выпадением зубов.
Активность проявилась в 1,3 пробирках, т.к. в них были сырые продукты, содержащие белки. А в остальных пробирках были продукты с разрушенным в процессе варки белком и реакция не проявилась. Поэтому организмом лучше усваиваются продукты, содержащие белок.
2. Как проявляется активность фермента в живых и мёртвых тканях? Объясните наблюдаемое явление.
В мертвых тканях активность ферментов отсутствует, т.к. белок в них был разрушен при варке. А в живых тканях при взаимодействии с перекисью водорода выделялся кислород, а белок расщепляясь до первичной структуры превращался в пену.
3. Как влияет измельчение ткани на активность фермента в живых тканях растений и животных?
При измельчении живой ткани реакция проходит быстрее, т.к. площадь соприкосновения белка и перекиси водорода увеличивается
4. Как бы вы предложили измерить скорость разложения пероксида водорода?
где v является скоростью химической реакции
с – изменение концентрации
5. Как вы считаете, все ли живые организмы содержат фермент каталазу, обеспечивающий разложение пероксида водорода? Ответ обоснуйте.
Так как это фермент класса оксидоредуктаз, то он катализирует разложение токсичного для живых клеток пероксида водорода на воду и кислород. Содержится в лизосомах. Можно сделать вывод, что содержится во всех клетках живых организмов.
Объясните свои наблюдения. Сформулируйте вывод.
Вывод: белок содержится только в живых продуктах, а в варенных продуктах белок разрушен, поэтому никакой реакции с ними не происходит. Если же измельчить продукты, то реакция будет проходить быстрее.
Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
Способ определения скорости разложения пероксида водорода каталазой в почвах
Изобретение относится к сельскому хозяйству и почвоведению, а именно к методам оценки биологической активности и почвенного плодородия по ферментативной активности почв. Способ включает определение скорости выделения кислорода при взаимодействии пероксида водорода с почвой. Пероксид водорода перед внесением в почву переводят в порошкообразное состояние загущением аэросилом при содержании последнего 38-42 вес.%. Способ позволяет определять скорость разложения пероксида водорода каталазой в реальных почвенных условиях. 1 табл.
Изобретение относится к сельскому хозяйству и почвоведению, а именно к методам оценки биологической активности и почвенного плодородия по ферментативной активности почв.
Известен способ определения каталазной активности почв [1], заключающийся в помещении в эрленмейеровскую колбу емкостью 100 мл 5 г почвы с последующей заливкой в колбу 25 мл 2%-ного раствора пероксида водорода и установке колбы в емкость с тающим льдом. Через определенные промежутки времени (0,5, 1 и 2,5 часа) из системы отбирают пробы по 5 мл, смешивают с 5 мл 10%-ной серной кислоты и титруют 0,1 н. раствором марганцевокислого калия до слабо розовой окраски. Каталазную активность почвы выражают в мл 0,1 н. раствора перманганата калия, пошедшего на титрование пробы, отобранной через 2,5 часа.
Основным недостатком данного способа является определение скорости ферментативной реакции разложения пероксида водорода не в реальных почвенных условиях (влажность почвы, рН, состав почвенного поглощающего комплекса, содержание свободных солей, содержание органики и т.д.), в которых она протекает, а в суспензии почвы в растворе пероксида водорода. Такой подход позволяет с определенным приближением характеризовать количество ферментов в почве [2, 3], но не дает возможности определять активность каталазы в почвенных условиях и делать выводы о скорости ферментативной реакции в реальности.
Наиболее близким к заявляемому является газометрический метод А.Ш. Галстяна [4], заключающийся в определении количества кислорода, выделившегося при распаде пероксида водорода в единицу времени. В соответствии с этим навеску (1 г) почвы вносят в колбу емкостью 100 мл, добавляют 0,5 г углекислого кальция для стабилизации рН на нейтральном уровне. На дно колбы с помощью пинцета помещают стаканчик с 5 мл 3%-ного раствора пероксида водорода. Колбу плотно закрывают каучуковой пробкой со стеклянной трубкой, которая соединена с измерительной системой. Опыт проводят при температуре 18-20
С. Начало опыта отмечают по секундомеру в тот момент, когда сосуд с раствором пероксида водорода опрокидывают, и содержимое колбы встряхивают. Взбалтывание смеси проводят в течение всего опыта. Выделяющийся кислород вытесняет воду, уровень которой отмечают через 0,5, 1 и 2 мин. Активность каталазы выражают в мл кислорода, выделившегося за 1 минуту на 1 г почвы.
Недостатки данного метода также заключаются в проведении опыта в суспензии почвы, а не в реальной почве, что не позволяет изучать влияние состава и физико-химических свойств почв на активность каталазы в почвах. Отметим, что в отличие от концентрации активность ферментов может в десятки раз меняться при изменении рН или ионной силы почвенных растворов, степени иммобилизации и других факторов, обусловленных свойствами почв. Поэтому получение данных, характеризующих концентрацию ферментов, недостаточно информативно и не позволяет однозначно характеризовать активность ферментов и скорость ферментативных реакций.
Целью изобретения является определение скорости разложения пероксида водорода каталазой в реальных почвенных условиях. Данный параметр является важной характеристикой почвенной биологической активности и почвенного плодородия [5, 6].
Технической задачей изобретения является равномерное распределение пероксида водорода в почве при минимальном его разложении каталазой в процессе гомогенизации смеси.
Поставленная задача решается введением в раствор пероксида водорода гидрофильного аэросила при содержании аэросила 38-42% весовых и переводе пероксида водорода в порошкообразное состояние. Гидрофильный аэросил обладает размером частиц 10-40 нм, которые сорбируют на своей поверхности воздух. Для смачивания необходимо вытеснение воздуха с поверхности, поэтому смачивание слоя этих частиц происходит замедленно, что позволяет, варьируя толщину слоя, варьировать время смачивания.
Предлагаемый способ исключает неопределенность перенесения данных по активности каталазы в суспензии почвы на активность каталазы в почве, так как позволяет проводить испытания непосредственно в почвах. Еще более важным достоинством способа является возможность проводить изучение влияния на скорость ферментативной реакции различных внешних воздействий, что по существующим методикам невозможно в принципе.
Примеры раскрывают суть предлагаемого изобретения.
Эксперименты показывают, что при содержаниии аэросила А-380 (размер частиц 10-40 нм) в аэросильной смеси меньше 36-37% не удается ее равномерно перемешать с почвой. Контакт с почвой этих аэросильных смесей приводит к почти мгновенному втягиванию в них влаги из почв и комкованию, что не позволяет провести перемешивание аэросильных смесей с почвой. В этих случаях количества аэросила в смеси недостаточно, чтобы замедлить процесс взаимодействия с влагой почвы до временных интервалов, позволяющих провести перемешивание почвы с аэросильной смесью.
При содержании аэросила А-380 в аэросильной смеси больше 43-45% удается приготовить гомогенную смесь с почвой, но ферментативная реакция резко замедляется, и определить ее скорость газометрическим методом не представляется возможным. В этих условиях опудривающий слой аэросила слишком велик и практически полностью блокирует диффузию пероксида водорода в почву.
Наиболее мелкие частицы образуются при коцентрации аэросила 38-42%. Такое содержание аэросила позволяет получить гомогенные смеси с почвой при достаточно высокой скорости ферментативной реакции разложения пероксида водорода. Для определения активности каталазы в тепличном грунте брали 65 г почвы, помещали в колбу емкостью 350 мл. Туда же помещали 2 г поршкообразной аэросильной смеси, приготовленной загущением аэросилом А-380 50%-ного раствора пероксида водорода при содержании аэросила 40%. После перемешивания определяли скорость выделения кислорода. Для сравнения определили каталазную активность тепличного грунта по методике, являющейся ближайшим аналогом, и отнесли полученные данные на 1 мг субстрата (см. табл.).
Полученные результаты свидетельствуют, что между скоростью ферментативной реакции, определенной в реальных почвенных условиях (заявляемый способ) и в суспензии (ближайший аналог), существует двукратное расхождение, причем в суспензии реакция протекает медленнее. Это позволяет сделать вывод о том, что метод определения активности каталазы в суспензии позволяет получать только оценочные данные по скорости ферментативной реакции в почве.
Таким образом, изобретение позволяет:
1. определять скорость ферментативной реакции в реальных почвенных условиях, а следовательно, корректно оценивать их биологическую активность;
2. изучать влияние свойств почв на скорость разложения пероксида водорода каталазой в них;
3. определять влияние внешних факторов воздействия на скорость разложения пероксида водорода каталазой в почвах.
4. Галстян А.Ш. Определение активности ферментов почв. Ереван, НИИ почвоведения и агрохимии, 1978, 55 с.
Способ определения скорости разложения пероксида водорода каталазой, заключающийся в определении скорости выделения кислорода при взаимодействии пероксида водорода с почвой, отличающийся тем, что пероксид водорода перед внесением его в почву переводят в порошкообразное состояние загущением аэросилом при содержании последнего 38-42 вес.%.
Разложение пероксида водорода
Разложение пероксида водорода это процесс разделения молекулы пероксида водорода на воду и кислород, так как концентрированная перекись непрочное соединение, уже при комнатной температуре на свету разлагается по реакции (формула разложения пероксида водорода):
Каталитическое разложение пероксида водорода
Пероксид водорода весьма удобный объект для иллюстрации каталитического процесса, влияния различных катализаторов на скорость химической реакции.
Измерение объема кислорода, выделяющегося при разложении пероксида водорода, позволяет проводить этот опыт количественно, притом с достаточной степенью точности.
Активные вещества которые участвуют в интенсивном распаде молекулы пероксида водорода являются металлы переменной валентности (Fe, Сu, Мn, Со, Сr) и их соли.
Разложение пероксида водорода катализаторами сводится к увеличению электролитической диссоциации пероксида водорода, что содействует образованию свободного гидроксид – иона и ускорению распада пероксида водорода.
Разложение пероксида водорода обратимая или нет.
Экспериментально доказано, что добавление к перекиси катализатора приводит к полному разложения молекулы пероксида водорода на воду и кислород. Процесс разложения на прямую зависит от температуры вещества.
А также какой катализатор добавлен, также установлено, что на каталитический процесс разложения влияет добавление некоторых кислот и зависимость концентрации перекиси.
Лабораторное разложение перекиси водорода
Поэтому каталитическое разложение пероксида водорода удобный объект для научных исследований в области химической кинетики.
То, что было осуществлено в науке химии как нечто новое, может быть повторено на внеурочных и факультативных занятиях как интересные ученические исследования.
Pис. 2 Установка для количественного опыта разложения пероксида водорода:
1-колба для перегонки, 2 — пробирка с катализатором. 3 — чаша кристаллизационная, 4 — эвдиометр.
Во время проведения демонстрационных экспериментов следует знать о пероксиде водорода (обычно 3%-ном) как о веществе, которое подвергается бурному разложению под действием различных катализаторов.
С этой целью в демонстрационные пробирки приливают по 30 мл раствора пероксида водорода и в каждый вносят одно из следующих веществ: оксид марганца (IV), оксид железа (III), активированный уголь, раствор перманганата калия, раствор хлорида железа (III), раствор дихромата калия, кусочек сырого мяса, содержащий фермент каталазу, находящуюся обычно в крови млекопитающих и человека.
Наблюдают за выделением пузырьков газа. Выделение кислорода подтверждают тлеющей лучинкой. Демонстрационные пробирки размещают в штативе с подсветом.
Количественный опыт каталитического разложения пероксида водорода может быть осуществлен в установке, показанной на рисунке 2.
Для собирания газа можно использовать промышленный эвдиометр, имеющий градуировку. Различную скорость образования кислорода можно наблюдать в приборе, описание которого дано В. С. Полосиным, с использованием двух медицинских шприцев, а также с помощью установки для проецирования опытов на экран.
Активность катализатора
Для сравнение можно взять пероксид водорода с одинаковой массовой долей Н2О2 (например, 3%) и два катализатора, например, раствор, содержащий комплексный ион [Сu(NН3)4] 2+ и каталазу крови. Полуколичественные опыты для определения активности различных катализаторов разработал Г. П. Хомченко.
Рис. 3. Определение активности различных катализаторов:
1 — пробирка с пероксидом водорода, 2 — колба с катализатором, 3 — стеклянная трубка с пробкой, 4 — Г образная газоотводная трубка, 5 — колба с водой, 6 — сифон, 7 — стакан с водой, 8 — зажимы.
Опыт разложение пероксида водорода
Рекомендуется проводить опыты в следующей последовательности:
По количеству выделившегося кислорода располагают испытанные катализаторы в порядке возрастания их каталитической активности.
Физические свойства пероксида водорода Н2О2
Сильный окислитель. Мол. массе 34,01; коэф. рефр. 1,4067 при 25 °С; плотн. 1448 кг/м3; т. кил 69,7 °С при 3,72 кПа и 80,2 °С при 6,25 кПа. Смешивается в любых соотношениях с водой.
Концентрированный раствор может взрываться. Для раствора пероксида водорода низкой концентрации возможно саморазложение при воздействии тепла.
В присутствии органической пыли или веществ, действующих каталитически (металлы, соли металлов).
Хранить растворы пероксида водорода в темном прохладном месте. В присутствии Н2О2 средства тушения обильные струи воды.
Можно ли получить перекись водорода из водорода и кислорода
Можно ли получить Н2О2 непосредственным взаимодействием водорода и кислорода? В реакции взаимодействия водорода с кислородом образуется пероксид водорода в качестве промежуточного продукта при горении водорода:
Так как температура горения водорода очень высока перекись водорода сразу же разлагается на воду и кислород:
Для определения образования перекиси водорода можно воспользоваться кусочком льда. Для этого нужно направить водородное пламя на кусок льда.
В образующейся воде можно обнаружить следы пероксида водорода. Также пероксид водорода можно получить при действии атомарного водорода на кислород.
Непосредственным взаимодействием водорода и кислорода пероксид водорода невыгодно получать ни в лаборатории, ни в промышленности.
Статья на тему Разложение пероксида водорода
Похожие страницы:
Понравилась статья поделись ей