H2O2: степень окисления атомов и реакционная способность

Автор Маруся Кот December 15, 2023

H2O2, или пероксид водорода - удивительное химическое соединение. За внешней простотой его формулы кроется сложный мир окислительно-восстановительных реакций и тайны степени окисления кислорода. Казалось бы, обычные атомы водорода и кислорода в паре способны на многое.

1. Строение молекулы H2O2 и связи атомов

Молекула пероксида водорода H2O2 имеет зигзагообразную структуру, в которой атомы кислорода и водорода чередуются:

Валентный угол ХООХ составляет около 90°. Длины связей О-Н и О-О различаются:

О-Н: 0,96 Å
О-О: 1,49 Å

Из-за несимметричного расположения связей Н-О молекула H2O2 обладает высоким дипольным моментом (0,7•10^-29 Кл•м) и сильно полярна. Между молекулами возникает прочная водородная связь, что приводит к их ассоциации.

Пероксид водорода хорошо взаимодействует с полярными растворителями, например водой, этанолом, диэтиловым эфиром. Он также способен к окислительно-восстановительным реакциям с другими веществами.

2. Валентность и степень окисления атомов

Рассмотрим подробнее валентность и степень окисления атомов в молекуле пероксида водорода H2O2.

Валентность атома кислорода в H2O2 постоянна и равна 2. Это означает, что каждый атом кислорода образует две ковалентные связи с соседними атомами.

Валентность атомов водорода также не меняется и равна 1. Каждый атом Н образует одну связь с атомом кислорода.

Валентность показывает, сколько связей образует атом в конкретном соединении.

Что касается степени окисления в соединении h2o2, то для атомов разных элементов она может изменяться. Давайте разберемся с ней подробнее.

Степень окисления атомов "h2o2 степень окисления" в пероксиде водороде H2O2:

Водород Н: +1 (постоянна)
Кислород О: -1 (непостоянна, в пероксидах)

Таким образом, степень окисления кислорода в h2o2 равна -1, что нехарактерно для обычных соединений кислорода, где она составляет -2.

Чтобы определить степень окисления h2o2, используется правило электронейтральности. Сумма степеней окисления всех атомов в молекуле должна быть равна 0. Рассчитаем для H2O2:

2(+1) + 2(-1) = 0

Итак, степень окисления кислорода в пероксиде водороде необычна и равна -1. Это важное свойство, которое определяет реакционную способность H2O2.

3. Свойства пероксида водорода

Благодаря наличию атома кислорода в необычной степени окисления -1 пероксид водорода H2O2 проявляет уникальные химические свойства.

Во-первых, это слабые кислотные свойства, обусловленные образованием ионов H⁺ и OOH^-:

H2O2 ↔ H⁺ + OOH^-

В результате этой диссоциации водный раствор H2O2 имеет кислую среду (pH около 5).

Во-вторых, пероксид водорода способен вступать в реакции с основаниями. Например, с гидроксидом бария образуется пероксид бария:

H2O2 + Ba(OH)2 → BaO2 + 2H2O

Эта реакция используется для получения пероксида водорода в лаборатории.

Кроме того, пероксид водорода неустойчив и может разлагаться с выделением кислорода:

2H2O2 → 2H2O + O2

Для ускорения этого процесса используются специальные катализаторы, например диоксид марганца MnO 2.

Такая реакционная способность пероксида водорода определяется особенностями строения его молекулы и необычной степенью окисления в соединении h2o2.

4. Реакции окисления-восстановления

Благодаря наличию атома кислорода в необычной степени окисления -1 пероксид водорода проявляет окислительно-восстановительную двойственность.

С одной стороны, H2O2 может выступать в роли окислителя. Например, он окисляет иодид-ионы до молекулярного иода:

2I− + H2O2 → I2 + 2OH−

А также восстанавливает марганец из перманганата калия в кислой среде:

2KMnO 4 + 3H2SO4 + 5H2O2 → 2MnSO4 + K2SO4 + 5O2 + 8H2O

С другой стороны, пероксид водорода может проявлять и восстановительные свойства по отношению к более сильным окислителям, например перманганату калия:

2KMnO 4 + 3H2O2 → 2MnO 2 + 2KOH + 3O2 + 2H2O