Пероксид водорода

Валентность химических элементов

Валентность элемента — число химических связей, которые образует один атом данного элемента в данной молекуле.

Валентные возможности атома определяются числом:

• неспаренных электронов
• неподеленных электронных пар
• вакантных валентных орбиталей

Дополнительные материалы

Валентные возможности атомов химических элементов (видео)

Задание 1

Определите степени окисления всех элементов в соединение N2O5.

Задание 2

Определите степени окисления всех элементов в соединение Na2SO4.

Задание 3

Определите степени окисления всех элементов в соединение K2Cr2O7.

Запомни!

В большинстве случаев валентность и степень окисления численно совпадают, хотя это разные характеристики. Но!

• СО (монооксид углерода) — валентность атома углерода равна III, а степень окисления 2
• HNO3 (азотная кислота) — валентность атома азота равна IV, а степень окисления 5
• Н2О2 (пероксид водорода) — валентность водорода равна I, валентность атома кислорода равна II, а степень окисления водорода равна 1, а степень окисления кислорода равна -1. Аналогично во всех пероксидах валентность кислорода равна II.
• N2H4 (гидразин) — валентность азота равна III, а степень окисления равна 2.
•  H2 (I), N2 (III), O2 (II), F2 (I), Cl2 (I), Br2 (I), I2 (I), а степени окисления равны 0.

Исключения

• Водород (H) в соединениях с различными неметаллами всегда проявляет степень окисления 1, за исключением Si( 4)H4(-), B2( 3)H6(-), B( 3)H3(-), где водород принимает степень окисления -1, а в соединениях с металлами водород всегда имеет степень окисления -1: Na( )H(-), Ca( 2)H2(-). 
• Кислород в большинстве соединений имеет степень окисления -2. Однако в составе пероксидов его степень окисления равна -1 (например H2( )O2(-), Na(2 )O(2-), Ba( 2)O2(-) и др.), а в соединениях с более электроотрицательным элементом — фтором — степень окисления кислорода положительна: O2( )F2(-), O( 2)F2(-).
• Фтор (F) как наиболее электроотрицательный элемент во всех соединениях проявляет степень окисления -1 (хотя расположен в VII группе главной подгруппе).
• Серебро (Ag) имеет постоянную степень окисления 1 (хотя расположен в I группе побочной подгруппе).
• Цинк (Zn) имеет постоянную степень окисления 2 (хотя расположен во II группе побочной подгруппе).

Определение степени окисления конкретного химического элемента

Степень окисления простых веществ всегда равна нулю.

Определите степень окисления и валентность водорода и кислорода в пероксиде водорода h2o2

Полезные ссылки

Источник материала

Валентность химических элементов (видео)

Степень окисления (видео)

Валентные возможности углерода (видео)

Валентные возможности азота (видео)

Правила определения валентности элементов в соединениях

1. Валентность водорода принимают за I (единицу).
2. Кислород в своих соединениях всегда проявляет валентность II.
3. Высшая валентность равна номеру группы.
4. Низшая валентность равна разности между числом 8 (количество групп в таблице) и номером группы, в которой находится данный элемент, т.е. 8 – № группы.
5. Валентность может быть постоянной или переменной.
6. Валентность простых веществ не равна нулю. Исключение VIII группа главная подгруппа (благородные газы).

Валентность элементов не имеет знака.

У металлов, находящихся в главных подгруппах, валентность равна номеру группы. 

У неметаллов в основном проявляются две валентности: высшая и низшая.

Пример

Фосфор (P)

• Высшая степень окисления = 5.
• Низшая степень окисления = -3.
• Промежуточная степень окисления = 3.

Если молекула образована ковалентными связями, то более электроотрицательный атом имеет отрицательную степень окисления, а менее электроотрицательный — положительную. 

При определении степени окисления в продуктах химических реакций исходят из правила электронейтральности, в соответствии с которым сумма степеней окисления различных элементов, входящих в состав вещества, должна быть равна нулю. 

Различие понятий степень окисления и валентность

Понятие валентность используется для количественного выражения электронного взаимодействия в ковалентных соединениях, то есть в соединениях, образованных за счет образования общих электронных пар. Степень окисления используется для описания реакций, которые сопровождаются отдачей или присоединением электронов.

В отличии от валентности, являющейся нейтральной характеристикой, степень окисления может иметь положительное, отрицательное, или нулевое значение. Положительное значение соответствует числу отданных электронов, а отрицательная числу присоединенных. Нулевое значение означает, что элемент находится либо в форме простого вещества, либо он был восстановлен до 0 после окисления, либо окислен до нуля после предшествующего восстановления.

Решение

Степень окисления натрия равна 1, так как это элемент первой группы главной подгруппы. Степень окисления кислорода равна -2, так как данное соединение не относится к исключениям. Сера — это элемент VI группы главной подгруппы, поэтому у нее переменная степень окисления, которую нужно рассчитать.

Степень окисления серы (S) обозначаем за х, учитываем, что алгебраическая сумма степеней окисления равна 0, а также принимаем во внимание число атомов каждого химического элемента, получаем уравнение: 2*( 1)  х 4(-2) = 0. Отсюда х  = 6. 

Свойства перекиси водорода

Строение молекулы

• валентность O = 2
• степень окисления O = -1
• молекула полярна

Физические свойства перекиси водорода

жидкое бесцветное вещество без запаха; с «металлическим» привкусом

очень хорошо растворимо в воде, точнее, перекись может смешиваться с H2O в любых соотношениях;

хорошо растворяется в полярных (органических) растворителях).

Химические свойства перекиси водорода

• Часто можно наблюдать, как капелька перекиси водорода «пузырит» — вещество очень легко разлагается на свету — образуется вода и выделяется кислород:

2H₂O₂ = 2H₂O O₂↑

Поэтому перекись нельзя держать открытой на воздухе — со временем в склянке останется только вода.

пероксид водорода проявляет свойства очень слабой кислоты (слабее угольной):

с.о. -1 делает возможным и окислительные — восстановление до O(-2), и восстановительные  — окисление до O2, свойства:

 — безвредное для организма противомикробное средство,  дезинфицирующее средство

Методы получения:

Благодаря своим сильным окислительным свойствам пероксид водорода нашёл широкое применение в быту и в промышленности, где используется, например, как отбеливатель, в аналитической химии, в медицине — как антисептик, в производстве дезинфицирующих и отбеливающих средств.

Перекись водорода применяется также для обесцвечивания волос (пергидроль) и отбеливания зубов, однако эффект в обоих случаях основан на окислении, а следовательно, разрушении тканей, и потому такое применение (особенно в отношении зубов) не рекомендуется специалистами.

Степень окисления химических элементов

Степень окисления — это условный заряд атома в соединении, вычисленный в предположении, что все связи в соединении ионные (то есть все связывающие электронные пары полностью смещены к атому более электроотрицательного элемента).

Численно она равна количеству электронов, которое отдает атом приобретающий положительный заряд, или количеству электронов, которое присоединяет к себе атом, приобретающий отрицательный заряд.

Строение молекулы

Молекула Н2O2 содержит в своем составе пероксидный анион O2-2 . Каждый атом кислорода образует 2 ковалентные связи, но имеет степень окисления, равную -1. В упрощенном виде строение молекулы отражает графическая формула:

H 1-O-1-O-1-H 1

Физические свойства

В чистом безводном виде Н2O2 — бесцв. сиропообразная жидкость с плотностью 1,45 г/см3 (т. пл. -0,41°С, т. кип. 150,2°С). Смешивается с водой в любых соотношениях, растворяется также в спирте, эфире. 30%-ный р-р Н2O2 называют пергидролем.

Химические свойства

Разложение Н2O2 (диспропорционирование)

2Н2O2 = 2Н2O O2↑

2O-1 — 2e- → O20

2O-1 2e- → 2О-2

При Т > 90° С пероксид водорода разлагается практически полностью. Причиной непрочности молекул Н2O2 является неустойчивость атома кислорода в степепени окисления -1.

Н2O2 — слабая кислота

Молекулы Н2O2 в незначительной степени диссоциируют в водном растворе по схеме:

Н2O2 = Н HO2-

(Кдисс = 1,5 * 10-12 при 20°С)

Кислотные свойства проявляются в реакциях со щелочами с образованием солей — средних (пероксидов) и кислых (гидропероксидов), например:

Н2O2 Ва(ОН)2 = ВаO2 2Н2O
пероксид бария

Гидролиз пероксидов металлов

Хотя по составу пероксиды напоминают оксиды, они на самом деле обладают свойствами солей. В водных растворах полностью гидролизуются с выделением Н2O2:

К2O2 2Н2O = 2КОН Н2O2

Получение Н2O2 из пероксидов металлов

Так как Н2O2 — очень слабая кислота, то она вытесняется из своих солей как сильными кислотами, так и слабыми, например:

ВаO2 H2SO4 = Н2O2 BaSO4↓

ВаO2 СO2 Н2O = Н2O2 ВаСO3↓

Н2O2 сильный окислитель

Атомы кислорода, находящиеся в неустойчивой степени окисления -1, стремятся приобрести еще один электрон для перехода в устойчивое состояние. Поэтому пероксид водорода проявляет очень сильные окислительные свойства, особенно в кислой среде:

Н2O-2 2H 2e- → 2Н2O-2

Окисление неорганических веществ

Примеры:

ЗН2O2 2NH3 = N2 6Н2O

4Н2O2 H2S = H2SO4 4Н2O

Н2O2 2HI = I2 2Н2O

4Н2O2 PbS = PbSO4 4Н2O

ЗН2O2 2СrСl3 10КОН = 2К2СrO4 6KCl 8Н2O

Н2O2 2FeSO4 H2SO4 = Fe2(SO4)3 2Н2O

Окисление органических веществ

Конц. водные растворы Н2O2 в смеси с органическими веществами способны к воспламенению и взрыву при ударе. Например, органические кислоты окисляются до СO2 и Н2О(как при горении в O2):

4Н2O2 CH3COOH = 2CO2↑ 6Н2O

Н2O2 Н2С2O4 = 2СO2↑ 2Н2O

Пероксиды щел. Me — очень сильные окислители

Окисляют многие неорганические и органические вещества, например:

4Na2O2 СН3СООН = 2Na2CO3 4NaOH

Na2O2 SO2 = Na2SO4

Важной реакцией является диспропорционирование пероксида Na при взаимодействии с углекислым газом:

2Na2O2 2СO2 = 2Na2CO3 O2↑

На этой реакции основано использование Na2O2 в автономных дыхательных аппаратах и в замкнутых помещениях для поглощения СO2 и образования O2.

Н2O2 — слабый восстановитель (в реакциях с очень сильными окислителями)

Окисление пероксида водорода обычно протекает по схеме:

2Н2O-2 — 2e- → O02↑ 2H

Примеры реакций:

5Н2O2 2КМnO4 3H2SO4 = 5O2↑ 2MnSO4 K2SO4 8Н2O

ЗН2O2 К2Сr2O7 4H2SO4 = 3O2↑ Cr2(SO4)3 K2SO4 7Н2O

3Н2O2 KClO3 = 3O2↑ KCl 3Н2O

3Н2O2 2AuCl3 = 3O2↑ 2Au 6HCl

Элементы с переменной степенью окисления

Все остальные элементы (за исключением VIII группы главной подгруппы).

Для элементов главных подгрупп:

• Высшая степень окисления = № группы.
• Низшая степень окисления = № группы – 8.
• Промежуточная степень окисления = № группы – 2.

Элементы с постоянной степенью окисления

Степень окисления = № группы

I группаглавная подгруппа степень окисления 1.

II группаглавная подгруппа степень окисления 2.

III группаглавная подгруппа (бор, алюминий) степень окисления равна 3.