Бинарные соединения кислорода

Скорее всего, первая мысль, которая посетит читателя, будет касаться оксидов — самых известных и распространенных представителей этой обобщенной группы. Но в основном речь в статье пойдет не о них, а о более интересных и незаслуженно обделенных вниманием соединениях: пероксидах, надпероксидах, озонидах и субоксидах.

Оксиды

Да, это самые распространенные соединения кислорода. Это и металлические руды — Fe₂O₃, CuO, MnO₂, — и вода, H₂O. Получить оксиды можно, практически не напрягаясь. Например, медь, алюминий, цинк, на воздухе покрываются тонкой оксидной пленкой. Железо же кислород просто разрушает, превращая в ржавчину.

Пероксиды

Грубо говоря, переоксиды. С латинского языка приставка «per» переводится как «избыток чего-либо» — нетрудно догадаться чего — кислорода, ведь пероксиды можно восстановить до оксидов.

Итак,

Пероксиды содержат группу -О-О-, или пероксогруппу.

Пожалуй, самым известным пероксидом является пероксид водорода с формулой Н₂О₂, более привычно — перекись водорода. Как можно заметить, степень окисления кислорода в этом соединении (как и во всех пероксидах) равна -1, чем, кстати, и обусловлены двойственные свойства перекиси: кислород, находясь в промежуточной степени окисления, может выступать как окислителем, так и восстановителем в зависимости от вещества, с которым вступает в реакцию.

Но все это читателю вполне может рассказать и школьная программа, однако мало какой учебник упомянет, что пероксиды образовывают отнюдь не только щелочные и щелочноземельные металлы.

На данный момент открыты пероксиды практически всех элементов, и если с получением того же пероксида натрия все понятно, ведь он образуется при нормальных условиях, то как же получают пероксиды других металлов?

Пероксиды магния, кадмия и цинка впервые были выделены благодаря свойствам жидкого аммиака: они являлись продуктами реакций, проходящих в нем как в растворителе. Одна из них:

Zn(NO₃)₂ + 2KO₂ = ZnO₂ + 2KNO₃ + O₂.

Нельзя не отметить, что пероксогруппа может содержаться отнюдь не только в бинарных соединениях: известны пероксосоли, пероксокислоты и прочее.

Надпероксиды

Их также называют супероксидами или гипероксидами. Кислорода в них еще «меньше», к тому же он имеет дробную степень окисления, равную -½.

Надпероксиды содержат анион О₂⁻.

Известны супероксиды металлов первой и второй групп главных подгрупп, а также некоторых более сложных соединений.

Их применение довольно узко: надпероксиды используются для регенерации воздуха. А воздух они регенерируют по сокращенному уравнению:

4O₂⁻ + 2H₂O → 3O₂ + 4OH⁻.

Как мы видим, происходит окислительно-восстановительная реакция, в которой кислород в степени окисления -½ восстанавливается до -2 и окисляется до 0.

Неорганические озониды

Как известно, озон — аллотропная модификация кислорода. Если подействовать озоном на пероксиды, надпероксиды или гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов, то одним из продуктов реакции будет являться озонид — солеподобное оранжево-красное кристаллическое вещество:

CsO₂ + O₃ = CsO₃ + O₂

6KOH(тв.) + 4O₃ = 2KOH*H₂O + 4KO₃ + O₂.

Таким образом,

Неорганические озониды содержат анион О₃⁻.

Получен также озонид аммония с помощью реакции озонирования жидкого аммиака. Но все озониды крайне неустойчивы, из-за чего не находят применения, хотя, как и надпероксиды, способны регенерировать воздух. Так, например, KO₃ разлагается при 20°С за 11 дней с образованием кислорода и пероксида калия.

Субоксиды

Субоксиды — довольно малоизвестный класс веществ, что определенно делает его еще более интересным. Приставка «sub» примерно означает «расположенный ниже», и при анализе состава вещества становится понятно, что «располагается ниже» степень окисления металла, в то время как степень окисления кислорода все еще классически равна -2. По сути своей, субоксид является промежуточной стадией образования оксида при недостатке кислорода:

22Cs + 3O₂ = 2Cs₁₁O₃

4Cs₁₁O₃ + 5O₂ = 22Cs₂O.

Рассмотрим субоксид цезия. Существует несколько таких соединений, например Cs₄O или Cs₁₁O₃, но подробно остановимся на последнем.

Мы видим, что атомы кислорода как бы «встраиваются» в кристаллическую решетку благодаря малому размеру. И действительно, субоксиды — это кластеры, то есть группы близко расположенных, тесно связанных друг с другом ионов (в данном случае, а вообще это могут быть молекулы или атомы).

Известны также субоксиды рубидия (Rb₉O₂), бора (B₆O), углерода (С₃О₂) и прочих элементов.

Вы скажете: «Но ведь бинарные соединения кислорода на этом не заканчиваются! Как же фториды кислорода?» А о них в следующий раз.

Список использованных источников:

1. Под ред. Ю. Д. Третьякова, «Неорганическая химия», т. 2, 2004 год;
2. И. А. Леенсон, «Занимательная химия», ч. 1, 1996 год;
3. https://en.wikipedia.org/wiki/Suboxide.