Wasserstoffperoxid
IMPP-Score: 1
Struktur, Eigenschaften und Reaktivität von Wasserstoffperoxid (H2O2)
Struktur von Wasserstoffperoxid
Wasserstoffperoxid (H2O2) ist eine der einfachsten und zugleich faszinierendsten Verbindungen, die in der Chemie zu finden ist. Beginnen wir mit dem einzigartigen Aspekt der Struktur: der Peroxogruppe. Diese besteht, wie du richtig vermerkt hast, aus zwei Sauerstoffatomen, die durch eine Einfachbindung (-O-O-) verbunden sind. Im Gegensatz zu der stärkeren und kürzeren O=O-Doppelbindung, wie sie im molekularen Sauerstoff vorkommt, ist diese Bindung länger und dadurch auch schwächer.
Die Struktur von H2O2 ist nicht linear; die Moleküle weisen einen gewinkelten Aufbau auf. Das bedeutet, dass die Bindungen zu den Wasserstoffatomen nicht gerade verlaufen, sondern einen Winkel aufweisen, was signifikant für die chemischen Eigenschaften und Reaktivität der Verbindung ist.
Freie Elektronenpaare am Sauerstoffatom sind verantwortlich für die Fähigkeit von H2O2, als Lewis-Base zu fungieren.
Außerdem, und das ist besonders interessant für das IMPP, weist der Sauerstoff in H2O2 eine ungewöhnliche Oxidationszahl von -1 auf. Dies unterscheidet sich von der üblicherweise gefundenen Oxidationszahl von -2, welche die Mehrzahl der Sauerstoffverbindungen auszeichnet.
Eigenschaften von H2O2
Wasserstoffperoxid besitzt einige einzigartige chemische Eigenschaften, die es von anderen Substanzen unterscheiden. Eine davon ist sein ampholytischer Charakter; es kann sowohl Protonen aufnehmen als auch abgeben und funktioniert daher in Reaktionen entweder als Brønsted-Säure oder als Brønsted-Base.
Für den Teil als Lewis-Base, erlaubt das freie Elektronenpaar am Sauerstoff die Bindung mit Protonen oder anderen Akzeptoren. Eine Rolle als Lewis-Säure kann es jedoch nicht einnehmen, da es keine unbesetzten Orbitale aufweist, die Elektronenpaare aufnehmen könnten.
Die Stabilität von H2O2 bei Raumtemperatur ist ein weiterer Punkt, der oft im Examen thematisiert wird. Es ist stabil genug, um gehandhabt und verwendet zu werden, jedoch muss beachtet werden, dass Phosphorsäure als Stabilisator verwendet wird, um die Zersetzungsreaktion zu Wasser und Sauerstoff zu verlangsamen.
Reaktivität von H2O2
H2O2 wird häufig als schwächeres Oxidationsmittel klassifiziert, aber das sollte nicht unterschätzen lassen, welche Reihe von Reaktionen es eingehen kann. So kann es beispielsweise Bleisulfid in Bleisulfat und Eisen(II)-salze in Eisen(III)-salze oxidieren.
\[\overset{+2}{\text{Pb}}\overset{-2}{\text{S}}(s) + 4 \overset{+1}{\text{H}}_2\overset{-1}{\text{O}}_2(aq) \rightarrow \overset{+2}{\text{Pb}}\overset{+6}{\text{S}}\overset{-2}{\text{O}}_4(s) + 4 \overset{+1}{\text{H}}_2\overset{-2}{\text{O}}(l)\]
Eine sehr wichtige Reaktion ist die Disproportionierung, bei der H2O2 zu Wasser und Sauerstoff zerfällt, eine Reaktion, die in Prüfungen des Öfteren abgefragt wird:
\[ 2 \overset{-1}{\text{H}}_2\overset{-1}{\text{O}}_2(l) \rightarrow \overset{0}{\text{O}}_2(g) + 2 \overset{+1}{\text{H}}_2\overset{-2}{\text{O}}(l) \]
Das IMPP fragt ab und zu nach dem praktischen Einsatz von Chemikalien, daher sollten dir die kommerziellen Anwendungen von H2O2, wie etwa seine Verwendung als Bleich- und Desinfektionsmittel, bekannt sein.
Es reagiert auch mit Cyanid-Ionen unter Bildung von weniger toxischen Cyanat-Ionen und Wasser, was insbesondere in der Abwasserbehandlung relevant ist.
Unter speziellen Bedingungen, wie Bestrahlung mit UV-Licht oder Anwesenheit von Übergangsmetallionen, kann H2O2 in reaktive Sauerstoffspezies umgewandelt werden. Dies ist ein wichtiges Konzept für die medizinische und umweltchemische Anwendung.
Das IMPP legt oft einen Schwerpunkt auf das Verständnis der Voraussetzungen für bestimmte Reaktionen. In diesem Kontext ist es für euch besonders wichtig zu wissen, dass die Zersetzung von Wasserstoffperoxid zu Wasser und Sauerstoff normalerweise nicht ohne einen Katalysator oder äußere Einflüsse bei Raumtemperatur stattfindet.
Um das Molekül H2O2 in eurem Gedächtnis zu verankern, könnt ihr euch bildlich eine “sanduhr-ähnliche” Struktur mit einer langgezogenen Bindung in der Mitte vorstellen, die von freien Elektronenpaaren und den Wasserstoffatomen behütet wird. Mit diesem Bild im Kopf wird euch die Einzigartigkeit dieser chemischen Verbindung bestimmt im Gedächtnis bleiben und euch helfen, examensrelevante Fragen sicher zu meistern.
Zusammenfassung
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Footnotes
Credits Struktur und Bindungslängen von Wasserstoffperoxid Grafik: SVG: Sassospicco; Raster: Walkerma, H2O2 gas structure, CC BY-SA 4.0↩︎
