"Химия", Савинкина Е.В., Логинова Г.П.; под ред. Вахрушева А.А.
Пероксиды — вещества, в которых два атома кислорода соединены друг с другом. В отличие от большинства оксидов, кислород в них имеет степень окисления −1. Эта особенность связана с пероксидной группой O₂²⁻ и влияет на формулы и химические свойства веществ. На примерах H₂O₂ и Na₂O₂ можно научиться определять степень окисления кислорода, составлять формулы пероксидов металлов и записывать реакции. Эти знания пригодятся при изучении окислительно-восстановительных процессов и получения кислорода.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Пероксиды — соединения, в которых атомы кислорода связаны друг с другом и имеют степень окисления −1. Степень окисления — условный заряд атома, который используют для описания состава вещества. Это определение помогает отличать пероксиды от большинства оксидов, где кислород имеет степень окисления −2.
Пероксидная группа — фрагмент O₂²⁻ с одинарной связью между атомами кислорода; на каждый атом приходится степень окисления −1. Индекс 2 показывает, что в группе два атома, а заряд 2− относится ко всей группе. Считать её единым фрагментом нужно, чтобы правильно записывать формулы пероксидов.
Пероксид водорода — соединение H₂O₂, в котором содержится пероксидная группа. Его молекула состоит из двух атомов водорода и двух связанных между собой атомов кислорода. Формула позволяет отличить это вещество от воды H₂O и разобраться в его реакциях.
Пероксид натрия — соединение Na₂O₂, образованное ионами натрия и пероксид-ионом O₂²⁻. Два иона Na⁺ компенсируют заряд −2 пероксид-иона. Такой способ представления помогает объяснить, почему в формуле нужны два атома натрия, а группу O₂ нельзя разделять.
Главное отличие пероксидов от обычных оксидов связано со строением частиц: в пероксиде соседние атомы кислорода соединены связью O—O. Поэтому кислород входит в состав особой группы O₂²⁻, а не существует в формуле как отдельный O²⁻. Общий заряд группы делится между двумя одинаковыми атомами, и степень окисления каждого получается −1. В большинстве оксидов связи O—O нет, поэтому кислороду обычно приписывают степень окисления −2.
Пероксид-ион имеет заряд 2−, поэтому формулу вещества составляют так, чтобы суммарный заряд частиц был нулевым. У натрия заряд иона +1, значит, для компенсации одного O₂²⁻ нужны два Na⁺: получается Na₂O₂. У кальция заряд +2, поэтому одного иона Ca²⁺ достаточно для одного пероксид-иона, и формула будет CaO₂. Индекс 2 у кислорода сохраняют вместе: он обозначает пероксидную группу.
Степени окисления в нейтральном соединении находят по правилу: их сумма с учётом числа атомов равна нулю. В H₂O₂ водород имеет степень окисления +1; для кислорода обозначим её x. Тогда 2 · (+1) + 2x = 0, откуда x = −1. В Na₂O₂ натрий имеет степень окисления +1, поэтому 2 · (+1) + 2x = 0 и кислород также получает −1.
Пероксид водорода может разлагаться на воду и кислород: H₂O₂ → H₂O + O₂. Сначала проверяют число атомов: слева два атома кислорода, а справа их три, поэтому схема пока не уравнена. Если поставить коэффициент 2 перед H₂O₂, слева окажутся четыре атома водорода и четыре атома кислорода. Коэффициент 2 перед H₂ даёт в продуктах четыре атома водорода; оставшиеся два атома кислорода образуют одну молекулу O₂, итог: 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂.
Пероксид натрия взаимодействует с водой, и это показывает, что пероксиды способны вступать в химические реакции. При записи реакции важно учитывать, что итоговый состав продуктов зависит от условий, например от того, какие вещества присутствуют и как проводится реакция. Поэтому нельзя считать один вариант продуктов единственно возможным для любых условий. В каждом конкретном случае составляют уравнение для указанных условий и проверяют число атомов слева и справа.
| Признак | Пероксид водорода | Пероксид натрия |
|---|---|---|
| Формула | H₂O₂ | Na₂O₂ |
| Состав частиц | Молекулы H₂O₂ | Ионы Na⁺ и O₂²⁻ |
| Степень окисления кислорода | −1 | −1 |
| Характерное химическое свойство | Разлагается с образованием воды и кислорода | Реагирует с водой; состав продуктов зависит от условий |
| Применение или значение | Используется как окислитель и источник кислорода в реакциях | Представляет интерес как пероксид металла, реагирующий с водой |
Сравнивай сначала формулы и состав частиц: так видно, что H₂O₂ — молекулярное вещество, а Na₂O₂ состоит из ионов. Затем обрати внимание на одинаковую степень окисления кислорода и на различия в характерных реакциях. Таблица помогает не смешивать свойства двух веществ только потому, что оба содержат пероксидную группу.
Задача: определите степень окисления кислорода в H₂O₂.
Ответ: степень окисления кислорода в H₂O₂ равна −1. Проверка: две степени окисления водорода дают +2, две степени окисления кислорода дают −2, а их сумма равна нулю.
Задача: составьте формулу пероксида кальция, используя ионы Ca²⁺ и O₂²⁻.
Ответ: формула пероксида кальция — CaO₂. Проверка: суммарный заряд Ca²⁺ и O₂²⁻ равен нулю, а группа кислорода не разделена.
Задача: запишите и уравняйте реакцию разложения пероксида водорода с образованием воды и кислорода.
Ответ: 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂. Проверка показывает, что с каждой стороны уравнения по четыре атома водорода и четыре атома кислорода.
Ошибка: считать степень окисления кислорода в пероксиде равной −2, как в большинстве оксидов. Так происходит, если не обратить внимания на связь O—O и пероксидную группу. Проверь, является ли вещество пероксидом: в группе O₂²⁻ на каждый кислород приходится −1.
Ошибка: записывать пероксид натрия как NaO₂. Эту формулу получают, если забывают, что заряд группы O₂²⁻ равен −2, а заряд одного Na⁺ — только +1. Проверь суммарный заряд: для нейтрального вещества нужны два иона натрия, поэтому формула — Na₂O₂.
Ошибка: разрывать группу O₂ при составлении формул. Это может случиться, если механически применять правила для оксидов и считать каждый атом кислорода отдельным ионом. Сверь запись с составом пероксид-иона: атомы кислорода в нём связаны и должны оставаться вместе, например CaO₂.
Ошибка: путать пероксид водорода с водой или писать его как HO₂. В названии есть слово «водород», но это не означает, что у вещества формула воды; неверную запись иногда получают, сокращая индексы без основания. Проверь состав: молекула пероксида водорода содержит два атома H и два атома O, поэтому её формула H₂O₂.
Чтобы разбираться в пероксидах, нужно знать формулы оксидов и уметь определять степени окисления. Эти навыки помогают увидеть, чем −1 в пероксидах отличается от обычного значения −2 у кислорода. Составление формул также опирается на представления о составе веществ и ионных зарядах: нужно уравнивать заряды, сохраняя группу O₂. Позже пероксиды встретятся при изучении окислительно-восстановительных реакций и способов получения кислорода.
Почему в пероксидах кислород имеет степень окисления −1?
В пероксидной группе два одинаковых атома кислорода связаны между собой, а общий заряд группы O₂²⁻ равен −2. Заряд делится между атомами поровну, поэтому степень окисления каждого атома кислорода равна −1.
Чем пероксид отличается от оксида?
В пероксиде атомы кислорода соединены связью O—O, и кислород имеет степень окисления −1. В большинстве оксидов такой связи нет, а степень окисления кислорода обычно равна −2.
Как правильно составить формулу пероксида металла?
Нужно уравнять заряд катиона металла и заряд пероксид-иона O₂²⁻. Группу O₂ при этом сохраняют целиком: например, для Ca²⁺ и O₂²⁻ получается формула CaO₂.
Как определить степень окисления кислорода в H₂O₂?
В нейтральном веществе сумма степеней окисления равна нулю. Два атома водорода имеют степень окисления +1, поэтому на два атома кислорода вместе приходится −2, а на каждый — −1.
Что образуется при разложении пероксида водорода?
При разложении H₂O₂ образуются вода и кислород. Уравнение реакции: 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂.
§ 30. Пероксиды
