据不完全统计,年初至今, 国内化工企业接连发生18起事故,造成32人死亡,41人受伤。 这些化工事故的频繁发生,背后折射出诸多深层次问题——人员素质不过关,设备老化,涉及危险化合物、危险反应。
关于危险反应,前面已经总结了三篇,①;②③
作为第四篇,今天最要聊一聊过氧化物。
一、过氧化物的底色
作为有机合成中常用的氧化试剂, 人人都知道过氧化物具有 高反应活性和潜在爆炸性的底色。如果在储存、使用和处理过程中若操作不当,极易引发燃烧、爆炸等严重事故。
而作为做技术的有机合成工作者,凡事我们需要问一个为什么,所以是什么赋予了它这种底色呢?
1、脆弱的-O-O-键
每个氧原子都有两个孤电子对。过氧化物中,两个氧原子间可以借助于sp³杂化轨道中的单电子重叠,形成O-Oσ键。但由于外层电子云挤得太满,孤电子对互相 “排斥” 得厉害,键长会被拉长,键能降低。以过氧化氢为例,
图源:张祖德等,无机化学
两个氢原子分别位于象半展开书本的两页纸上,O-H键的键长为97 pm,键能是428 kJ/mol;而O-O键的键长为148.5 pm,其键能仅为142 kJ/mol;
这是怎样的一个数值呢?
已知晴天太阳照射大地的功率可高达1000W/㎡,这意味着如果双氧水的表面积为1m³,每小时就有(1*60*60)/142 ≈ 25 mol,约860g的双氧水断裂氧氧键。
当然这是个经验数据。
2、恶之源-氧自由基
断键是个很正常的事情,不正常的是过氧化物断键生成了自由基。这种物种天然高能,如果没有及时的引导淬灭,它们首先就要拆家,在把剩下的过氧化物同化成自由基后,同化后的体系是个非常危险的物种,简直是核弹级别的存在,一旦(膨胀)与外界接触,瞬间会引爆;
图:2024年8月9日,宁波港过氧化苯甲酸叔丁酯爆炸事故现场图片 上图事故网传为爆炸原因为当时宁波温度较高,5.2类过氧化剂的冷危货物被恒温装载导致。 二、过氧化物的取用和保存
1、低温存放,最好是防爆冰箱;
过氧化物最忌讳的就是放在通风橱底下的试剂柜中,同时混杂着别的东西,很容易引入杂质接触,然后造成危险。
推荐放入冰箱,现在一般学校里是要求防爆冰箱的。公司里如果放普通冰箱,一定要归类放,不要混放,具体参考:
2、取用禁止与金属接触
有非常多的爆炸案例提示过氧化物会与金属反应,或在金属催化下会快速分解,在化工厂,经常涉及搪瓷脱落,双氧水与金属材料直接接触。实验室规模的报道也层出不穷。
固体推荐使用牛角勺,或塑料勺。
3、加料注意顺序,加料快慢
通常是过氧化物缓慢加到体系中的,所以如果遇到将试剂(通常是碱)滴到过氧化物溶液时,一定要注意多查文献,缓慢滴加,谨慎操作。
实验室规模推荐一个方法是:在反应体系插个气球,但用针头在气球上插几个小孔,评估一下体系压力,如果泄压速度赶不上生成速度,就要小心了。
4、禁止明火
不要被某些教材骗了。有机合成实验室不存在煤油灯,酒精喷灯之类物件的,明火更被明确禁止。
不要说过氧化物了,即使是普通的溶剂,如乙酸乙酯遇到明火也会爆炸;上了年纪的学术派,应该还记得南理工废弃实验室的爆炸案吧,那仅仅是一个乙酸乙酯的冷凝管道。
5、一定要注明液体试剂的浓度
过氧化物的浓度和危险性是正相关的,低浓度的双氧水如3%可用于消毒,更低甚至可以漱口。但一旦超过30%会非常危险,如果不放冰箱,几天塑料瓶就可以被撑的圆滚滚的。
很多事故都是高浓度双氧水造成的,尤其是工厂的回收工艺,事故相关多家企业,比较出名的就有鲁西化工,所以择业也要注意工段啊!
三、过氧化物的淬灭
过氧化物千万不要不淬灭直接旋蒸,过氧化物千万不要不淬灭直接旋蒸,过氧化物千万不要不淬灭直接旋蒸!
重要的事情说三遍。
个人生涯遇到过一次,小工厂,然后大半个旋蒸都炸了。听说旋蒸的时候,实验人员隔着玻璃搬了个凳子在玩手机。如果不是通风橱玻璃足够能抗,恐怕脸都不要要了!
通常的做法是,用溶剂稀释体系,稍降温,然后滴加还原剂如硫代硫酸钠破坏,也可以将待淬灭液反滴加到还原剂溶液中,但要多搅拌一会,用淀粉碘化钾试剂监测,不变蓝色后再进行萃取分液的步骤。
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