Пероксид: свойства, виды и применение¶

Пероксид (устаревшее название — перекись) — химическое соединение, содержащее пероксогруппу —O–O–, то есть два атома кислорода, связанных между собой одинарной ковалентной связью. Наличие этой связи отличает пероксиды от оксидов, в которых кислород связан непосредственно с другим элементом. Общая формула пероксидов может быть записана как R–O–O–R′, где R и R′ — атомы водорода, металлов или органических радикалов. Кислород в пероксогруппе имеет степень окисления −1, промежуточную между 0 в молекулярном кислороде O₂ и −2 в оксидах, что определяет окислительно-восстановительные свойства этих соединений.

¶Общая характеристика

Ключевой структурный элемент пероксидов — пероксосвязь O–O. Она относительно слаба: энергия диссоциации составляет около 140 кДж/моль, что значительно меньше энергии связи в молекуле O₂ (около 498 кДж/моль). Из-за этого многие пероксиды термически неустойчивы и склонны к разложению, часто с выделением кислорода. Пероксогруппа присутствует также в надкислотах, пероксокарбонатах и некоторых комплексных соединениях.

Пероксиды классифицируют по природе второго элемента или группы, связанной с пероксогруппой:

• Неорганические пероксиды — соли пероксида водорода и металлов (пероксид натрия Na₂O₂, пероксид бария BaO₂, пероксид кальция CaO₂).
• Органические пероксиды — соединения с углеводородными радикалами (пероксид бензоила, гидропероксиды, диалкилпероксиды).
• Пероксид водорода H₂O₂ — простейший представитель, одновременно кислота и окислитель.

¶История открытия

Пероксид водорода был получен в 1818 году французским химиком Луи Жаком Тенаром, который обработал пероксид бария серной кислотой. Термин «пероксид» закрепился в химической номенклатуре в XIX веке. В 1811 году Тенар также установил состав пероксида натрия. Строение пероксосвязи окончательно подтвердили методами рентгеноструктурного анализа в XX веке, что позволило объяснить аномальную реакционную способность этих соединений.

¶Пероксид водорода

Наиболее известный и широко применяемый пероксид — H₂O₂. В чистом виде это бесцветная вязкая жидкость с плотностью около 1,45 г/см³, затвердевающая при −0,43 °C и кипящая при 150,2 °C. Смешивается с водой в любых соотношениях. В продажу поступает в виде водных растворов — обычно 3 % (медицинский) и 30–37 % (технический, так называемый пергидроль).

H₂O₂ проявляет как окислительные, так и восстановительные свойства. В присутствии катализаторов (диоксид марганца, ферменты каталаза и пероксидаза) разлагается на воду и кислород:

2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂↑

Реакция экзотермична и лежит в основе использования пероксида водорода как антисептика и отбеливателя. Концентрированные растворы применяются в ракетных двигателях как однокомпонентное топливо (в так называемых «монопропеллентах»).

¶Неорганические пероксиды

Пероксиды щелочных и щёлочноземельных металлов — ионные соединения, содержащие анион O₂²⁻. Они образуются при окислении металлов кислородом при повышенных температурах. Пероксид натрия Na₂O₂ — жёлто-белый порошок, применяется для регенерации кислорода в замкнутых системах (подводные лодки, космические аппараты), поскольку реагирует с углекислым газом и водой с выделением O₂. Пероксид бария BaO₂ используется как источник пероксида водорода и в пиротехнике. Пероксид кальция CaO₂ находит применение в сельском хозяйстве для аэрации почвы.

¶Органические пероксиды

Органические пероксиды содержат связь O–O между углеводородными фрагментами. Они широко используются как инициаторы радикальной полимеризации: пероксид бензоила (C₆H₅CO)₂O₂ распадается при нагревании с образованием свободных радикалов, запускающих цепной процесс. Гидропероксиды (R–O–O–H) образуются при окислении углеводородов и играют роль в процессах горения и старения полимеров. Многие органические пероксиды взрывоопасны и требуют осторожного обращения.

¶Применение

¶Безопасность и обращение

Концентрированные пероксиды вызывают химические ожоги кожи и слизистых, а их пары раздражают дыхательные пути. Органические пероксиды пожаро- и взрывоопасны, чувствительны к трению, нагреву и удару. Хранение осуществляется в тёмной таре при пониженной температуре, вдали от восстановителей и горючих материалов. Пероксид водорода в высоких концентрациях способен самопроизвольно разлагаться с разогревом, поэтому в растворы добавляют стабилизаторы.

¶Анализ и обнаружение

Для качественного определения пероксидов используют реакцию с иодидом калия в кислой среде: выделяющийся йод окрашивает раствор в бурый цвет. Количественно пероксиды определяют титрованием перманганатом калия или иодометрически. В аналитической практике также применяют хемилюминесцентные и спектрофотометрические методы.