Verbindungen des Sauerstoffs

Ausser den Edelgasen He, Ne, Ar und Kr sowie F bilden alle anderen Elemente Verbindungen mit Sauerstoff. Die meisten Verbindungen von Sauerstoff sind Oxide, in denen $O^{2-}-$Ionen auftreten. Wasserstoffoxid bzw. Wasser ist für uns eine der wichtigsten Verbindungen überhaupt. $H_2O$ ist polar und kann Wasserstoffbrückensysteme aufbauen. Es hat deshalb einen relativ hohen Schmelz- und Siedepunkt. Man kennt 7 verschiedene Modifikationen des festen Wassers, die grösstenteils mit den Strukturen von $SiO_2$ verwandt sind. Unter Normaldruck bildet sich tritt eine Tridymit-artige Struktur. Da Wasser dichter ist als Eis, treten wichtige physikalische Effekte in der Natur auf: Schmelzen von Eis unter Druck; Erosion durch gefrierendes Wasser; Schwimmen des Eises.

Wasserstoffperoxid, $H-O-O-H$, (Abb. 72) ist eine endotherme Substanz,

$$H_2O_2 \longrightarrow H_2O + 1/2O_2 \qquad \Delta H^\circ = -98kJ mol^{-1}~$$

die oxidierend wirkt und z.B. $\stackrel {+2}{Fe}$ zu $\stackrel {+3}{Fe}$, $\stackrel {+3}{Cr}$ zu $\stackrel {+6}{Cr}$ und $SO_2$ zu $SO_4^{2-}$ oxidiert. Es hat eine gewinkelte Form.

Abbildung 72: Struktur des H$_2$O$_2$-Moleküls.
Die vier Atome des Moleküls bilden eine verdrillte Kette. Durch die Verdrillung wird die Abstossung der freien Elektronenpaare der Sauerstoffatome verrringert. Die noch vorhandene Abstossung ist die Ursache für die geringe Bindungsenergie der O-O-Bindung.

Stärkere Oxidationsmittel oxidieren es weiter zu Sauerstoff,

$$MnO_4^- + 6H_2O + 5H_2O_2 \longrightarrow 2Mn^{2+} + 14 H_2O + 5 O_2$$

(titrimetrische Bestimmung von $H_2O_2$). Der Nachweis kann durch Bildung des blauen Chromperoxids, $CrO_5$ geführt werden.

Peroxide, Hyperoxide und Ozonide der Alkali- bzw.der Erdalkalimetalle mit den Ionen $O_2^{2-}$, $O_2^{-}$ und $O_3^{-}$ wurden schon besprochen. Dioxigenylverbindungen kann man nur mit stärksten Oxidationsmitteln erzeugen

$$O_2 + PtF_6 \longrightarrow O_2^+[PtF_6]^-,$$

weil die erste Ionisierungsenergie von $O_2$ bereits 1168 $kJ mol^{-1}~$ ausmacht. Im folgenden sind einige $O_n-$Teilchen miteinander verglichen.

Abbildung 73: Energieniveaudiagramme für die Teilchen O$^+_2$, O$_2$, O$^-_2$; O$^{2-}_2$.

Tabelle 21: Bindungseigenschaften der O-O-Bindung für O$^+_2$, O$_2$, O$^-_2$; O$^{2-}_2$