過氧化氫
/ per-OX-ide /
過氧化氫,H2O2,就是那種淡淡的、略帶黏稠的液體,稀釋後作為消毒劑和漂白劑出售——倒在傷口上會冒泡的那瓶。它看起來像多了一個氧的水,事實也正是如此,但這多出來的氧改變了一切:H2O2 活潑、不穩定,是無機化學中最多用途的氧化劑兼還原劑之一。
關鍵特徵是它核心處那根氧-氧單鍵:H-O-O-H,氧處於不尋常的 -1 氧化態(而非它幾乎在所有別處所顯的 -2)。那根 O-O 鍵很弱,而氧更願意待在水裡(-2)或 O2 氣體裡(0),所以 H2O2 隨時準備改變。它很容易歧化——同樣的 -1 氧分裂,一部分降到 -2(水),一部分升到 0(氧氣),反應為 2 H2O2 變成 2 H2O + O2——這就是為什麼一瓶它會慢慢失效,也是為什麼當二氧化錳這類催化劑、或你血液和馬鈴薯中的過氧化氫酶加速分解時它會劇烈起泡。分子本身並不平:它呈一種扭斜的、像翻開的書一樣的形狀,兩根 O-H 鍵扭出平面。
由於它的氧位於可能範圍的中段,H2O2 可以兩邊都來:它通常是氧化劑(漂白頭髮和紙張、消毒、處理廢水),但面對更強的氧化劑時它充當還原劑,自身被氧化成 O2。在工業上它作為相對清潔的氧化劑受到重視,因為副產物只是水和氧氣。誠實的提醒:家用的 3% 溶液很溫和,但濃過氧化氫很危險——它是強氧化劑,能灼傷皮膚,高濃度時還會爆炸性分解,或用作火箭和武器的推進劑。
把一塊生馬鈴薯丟進過氧化氫裡,它會噴出泡沫:馬鈴薯中的過氧化氫酶催化 2 H2O2 變成 2 H2O + O2,這是一個你在廚房裡就能看見的歧化反應。
-1 價的氧同時分裂成 -2 和 0——把歧化變得看得見。
在過氧化氫中氧處於 -1 態,而非它通常的 -2;正是這個中間態,使 H2O2 既能當氧化劑又能當還原劑,並如此容易歧化。