p区元素(二):第15、16族

过氧化氢

/ per-OX-ide /

过氧化氢,H2O2,就是那种淡淡的、略带黏稠的液体,稀释后作为消毒剂和漂白剂出售——倒在伤口上会冒泡的那瓶。它看起来像多了一个氧的水,事实也正是如此,但这多出来的氧改变了一切:H2O2 活泼、不稳定,是无机化学中最多用途的氧化剂兼还原剂之一。

关键特征是它核心处那根氧-氧单键:H-O-O-H,氧处于不寻常的 -1 氧化态(而非它几乎在所有别处所显的 -2)。那根 O-O 键很弱,而氧更愿意待在水里(-2)或 O2 气体里(0),所以 H2O2 随时准备改变。它很容易歧化——同样的 -1 氧分裂,一部分降到 -2(水),一部分升到 0(氧气),反应为 2 H2O2 变成 2 H2O + O2——这就是为什么一瓶它会慢慢失效,也是为什么当二氧化锰这类催化剂、或你血液和马铃薯中的过氧化氢酶加速分解时它会剧烈起泡。分子本身并不平:它呈一种扭斜的、像翻开的书一样的形状,两根 O-H 键扭出平面。

由于它的氧位于可能范围的中段,H2O2 可以两边都来:它通常是氧化剂(漂白头发和纸张、消毒、处理废水),但面对更强的氧化剂时它充当还原剂,自身被氧化成 O2。在工业上它作为相对清洁的氧化剂受到重视,因为副产物只是水和氧气。诚实的提醒:家用的 3% 溶液很温和,但浓过氧化氢很危险——它是强氧化剂,能灼伤皮肤,高浓度时还会爆炸性分解,或用作火箭和武器的推进剂。

把一块生马铃薯丢进过氧化氢里,它会喷出泡沫:马铃薯中的过氧化氢酶催化 2 H2O2 变成 2 H2O + O2,这是一个你在厨房里就能看见的歧化反应。

-1 价的氧同时分裂成 -2 和 0——把歧化变得看得见。

在过氧化氢中氧处于 -1 态,而非它通常的 -2;正是这个中间态,使 H2O2 既能当氧化剂又能当还原剂,并如此容易歧化。

又称
H2O2peroxide雙氧水双氧水