Перекисные соединения и перекись водорода¶

Перекись (перекисное соединение, пероксид) — химическое соединение, содержащее пероксидную группу −O−O−, в которой два атома кислорода связаны между собой одинарной ковалентной связью. К этому классу относятся как неорганические вещества (перекись водорода, пероксиды металлов), так и многочисленные органические пероксиды. Характерная особенность перекисей — наличие «лишнего» атома кислорода по сравнению с обычными оксидами, что обусловливает их повышенную реакционную способность и окислительные свойства.

¶Общая характеристика

Ключевой структурный элемент перекисей — пероксидная группа −O−O−. В отличие от обычной связи O−H или C−O, связь между двумя атомами кислорода относительно слаба и легко разрывается, что делает перекиси химически активными. Степень окисления кислорода в пероксидной группе равна −1 (промежуточная между 0 в молекуле O₂ и −2 в воде и оксидах).

Общая формула неорганических пероксидов — M₂O₂ или MO₂, где M — металл. Ион O₂²⁻ называется пероксид-ионом. Существуют также надпероксиды (супероксиды) с ионом O₂⁻ и озониды с ионом O₃⁻, которые близки по свойствам, но выделяются в отдельные классы.

¶История открытия

Перекись водорода была впервые получена в 1818 году французским химиком Луи Жаком Тенаром, который обнаружил её при действии кислот на пероксид бария. Тенар же установил, что вещество содержит больше кислорода, чем вода, и предложил для него название «oxygenated water» (окислённая вода). Термин «пероксид» закрепился позднее, по мере развития представлений о строении вещества.

Пероксиды металлов, в частности пероксид натрия и бария, стали предметом систематического изучения в XIX веке в связи с развитием неорганического синтеза. В XX веке перекисные соединения нашли широкое промышленное применение.

¶Классификация

Перекиси делят на несколько групп:

Органические пероксиды, в свою очередь, подразделяют на диалкилпероксиды, пероксиэфиры, гидропероксиды и циклические пероксиды.

¶Перекись водорода

Наиболее известный представитель класса — перекись водорода H₂O₂. Это бесцветная вязкая жидкость с температурой плавления −0,43 °C и кипения 150,2 °C, смешивается с водой в любых соотношениях. В продажу обычно поступает в виде водных растворов — 3 % (медицинский антисептик), 30 % (пергидроль) и более концентрированных.

Перекись водорода — сильный окислитель, разлагается на воду и кислород, особенно быстро в присутствии катализаторов (диоксид марганца, каталаза, соли металлов). Реакция разложения экзотермична:

2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂↑

Именно выделение кислорода лежит в основе её применения как антисептика и отбеливающего средства.

¶Свойства и реакционная способность

Перекиси проявляют как окислительные, так и восстановительные свойства. В кислой среде перекись водорода чаще выступает окислителем, в щелочной может проявлять восстановительные свойства. Органические пероксиды термически нестабильны и способны к самопроизвольному разложению, иногда со взрывом.

Связь O−O имеет энергию диссоциации около 140 кДж/моль, что значительно меньше энергии связи в молекуле O₂. Это объясняет склонность перекисей к гомолитическому распаду с образованием свободных радикалов — свойство, широко используемое в радикальной полимеризации.

¶Получение

Основные способы получения перекиси водорода:

• Антрахиноновый процесс — главный промышленный метод, основанный на последовательном восстановлении и окислении антрахинона с образованием H₂O₂.
• Электрохимическое окисление — окисление серной кислоты или сульфатов.
• Окисление изопропилового спирта — побочный метод, дающий H₂O₂ вместе с ацетоном.

Пероксиды металлов получают прямым взаимодействием металла или его оксида с кислородом при нагревании.

¶Применение

Перекиси применяются в самых разных отраслях:

• Медицина — 3 % раствор перекиси водорода как антисептик для обработки ран и дезинфекции.
• Целлюлозно-бумажная промышленность — отбеливание бумаги и целлюлозы без использования хлора.
• Текстильная промышленность — отбеливание тканей.
• Химический синтез — инициаторы полимеризации (бензоилпероксид), окислители в органическом синтезе.
• Экология — очистка сточных вод, обеззараживание, разложение загрязнителей.
• Ракетная техника — высококонцентрированная перекись водорода применялась как окислитель и однокомпонентное топливо.
• Бытовая химия — отбеливатели, чистящие средства.

¶Безопасность

Концентрированные растворы перекиси водорода вызывают химические ожоги кожи и слизистых, опасны при попадании в глаза. Пары могут раздражать дыхательные пути. Органические пероксиды пожаро- и взрывоопасны, требуют особых условий хранения — в темноте, при пониженной температуре, вдали от восстановителей и источников тепла.

Перекись водорода в высоких концентрациях — сильный окислитель, способный самовоспламенять горючие материалы. При работе с ней используются защитные перчатки, очки и вентиляция.

¶Перекиси в природе и организме

Перекись водорода образуется в живых организмах как побочный продукт окислительных процессов и обезвреживается ферментом каталазой, разлагающим её на воду и кислород. В клетках существует также глутатионпероксидаза, защищающая от окислительного стресса. Нарушение баланса между образованием активных форм кислорода и антиоксидантной защитой связывают с рядом заболеваний.

В атмосфере перекиси играют роль в окислительных процессах и образовании кислотных осадков. Пероксиды присутствуют в некоторых эфирных маслах и образуются при длительном хранении простых эфиров на свету, что делает их взрывоопасными.