Utjecaj na brzinu razlaganja vodikova peroksida

Promatrajmo u prirodi

Na primjeru razlaganja vodikova peroksida istražite djelovanje katalizatora i djelovanje inhibitora. Inhibitori su važne tvari koje se često koristi u komercijalnim proizvodima i također se često nalaze u biološkim sustavima.

Primjerice, antioksidanse se često dodaje u industrijskoj pripremi hrane kako bi se usporio proces oksidacije i kvarenja hrane.

Dakle, antioksidansi štite hranu i čuvaju njezinu prehranbenu vrijednost. Također mnogi lijekovi i toksični agensi su inhibitori jer inhibiraju aktivno mjesto enzima i čine ih neaktivnim, pa ih se naziva biološkim katalizatorima.

Prisjetimo se što već znamo o uočenoj pojavi/procesu

Katalizator se rabi da bi se povećalo brzinu kemijskih reakcija.
Inhibitori usporavaju ili zaustavljaju kemijske reakcije, često u suradnji s katalizatorima.

Postavimo istraživačka pitanja

a) Hoće li željezov(III) ion ubrzati proces razlaganja vodikova peroksida?
b) Hoće li fosfatni ion usporiti proces razlaganja vodikova peroksida?

Oblikujmo pretpostavku

a) Željezov(III) ion katalizira razlaganje vodikova peroksida.
b) Fosfatni ion djeluje kao inhibitor u reakciji razlaganja vodikova peroksida.

Planirajmo i provedimo istraživanje

Pribor i priprema otopina:

• vodena otopina vodikova peroksida, H₂O₂(aq), ( w = 30 %);
  V(H₂O₂)(aq) = 25 do 50 mL
• vodena otopina željezova(III) nitrata, c(Fe(NO₃)₃) = 0,5 mol dm^–3 ; V(Fe(NO₃)₃)(aq) = 1 mL
• vodena otopina natrijeva fosfata, c(Na₃PO₄) = 0,1 mol dm^–3 ; V(Na₃PO₄) = 10 mL
• volumetrijska tikvica, 500 mL
• pipeta

Priprema otopina:

c(Fe(NO₃)₃) = 0,5 mol dm^–3 (2,0 g/10 mL H₂O)
c(Na₃PO₄) = 0,1 mol dm^–3 (3,8 g/100 mL H₂O).

Mjere opreza:

• Vodikov peroksid je vrlo korozivan za kožu, oči i dišni sustav, vrlo je jaki oksidans – postoji opasnost od zapaljenja i eksplozije.
• Željezov(III) nitrat jaki oksidans i izaziva iritaciju kože i tkiva.
• Natrijev fosfat je umjereno toksičan pri ingestiji i izaziva iritaciju kože.
• Potrebno je nositi kemijske zaštitne naočale, rukavice i pregaču.

Opis postupka

• Ulijte 25 do 50 mL 30 % -tnog vodikova peroksida u čistu volumetrijsku tikvicu.
• Dodajte jednu do dvije kapi otopine željezova(III) nitrata u tikvicu. Ubrzo otopina postaje tamnosmeđa. Reakcija razlaganja vodikova peroksida se ubrzava i oslobađa se dovoljno topline za isparavanje neke količine vode iz smjese.
• Potom dodajte oko 1 mL otopine natrijeva fosfata. Boja otopine će posvijetliti i reakcija će se zaustaviti.
• U tikvicu naizmijenično dodavajte katalizator, a potom inhibitor, sve dok se sav vodikov peroksid ne raspadne.

Analizirajmo rezultate i donesimo zaključke

Katalizator je tvar koja povećava brzinu reakcije, ali se ne troši tijekom reakcije. Inhibitor usporava reakciju i pri tome često interferira s katalizatorom. U promatranoj reakciji vodikov peroksid se raspada na vodu i plinoviti kisik.

Ova reakcija je specifična jer ju može ubrzati gotovo bilo koja tvar, uključujući čestice prašine ili ogrebotine na staklu tikvice. Kako bi se spriječilo raspadanje tijekom isporuke od proizvođača do korisnika, proizvođači vodikova peroksida često koriste inhibitor da bi usporili proces raspadanja. Zbog toga vodikov peroksid za laboratorijske svrhe izgleda jači i aktivniji od peroksida kojega se može nabaviti u trgovinama.

U promatranom pokusu željezov(III) ion katalizira razlaganje vodikova peroksida. Kada se doda natrijev fosfat, fosfatni ion djeluje kao inhibitor na taj način što uklanja željezov(III) ion iz reakcije. Kada se željezov(III) ion precipitacijom ukloni iz otopine, on više ne može djelovati kao katalizator.

Napravimo izvještaj

Napišite izvješće  i načinite prezentaciju pomoću nekog od digitalnih alata. U izvješću usporedite s jedne strane čimbenike koji djeluju na brzinu kemijske reakcije tako što utječu na broj uspješnih sudara čestica u reakciji, i s druge strane katalizatore/inhibitore koji utječu na odabir drugog puta reakcije u kojemu je dovoljna manja energija aktivacije. Opišite ulogu željezova(III) iona i fosfatnoga iona u promatranoj reakciji razlaganja vodikova peroksida.