과산화물

3. 일반적인 형태

가장 일반적인 과산화물은 과산화수소(H₂O₂)이며, 일상에서는 간단히 "과산화물"이라고 불린다. 과산화수소는 여러 농도의 수용액으로 판매된다. 과산화수소 외에도 잘 알려진 과산화물에는 다음과 같은 것들이 있다.

• 과산: 과황산, 과초산과 같은 산의 과산 유도체 및 그 염을 포함한다. 과황산칼륨이 그 예시이다.
• 주족 원소 과산화물: E-O-O-E 결합을 가진 화합물 (E = 주족 원소)
• 금속 과산화물: 과산화바륨(BaO₂), 과산화나트륨(Na₂O₂), 과산화아연(ZnO₂) 등이 있다.
• 유기 과산화물: C-O-O-C 또는 C-O-O-H 결합을 가진 화합물이다. ''tert''-부틸하이드로퍼옥사이드가 한 예이다.

3. 1. 과산화물 이온

과산화물 이온은 산소 분자보다 전자를 2개 더 가지고 있다. 분자 궤도 이론에 따르면 이 2개의 전자는 완전한 2개의 π^*반결합 궤도를 차지한다. 따라서 과산화물 이온의 산소 원자 간 결합 길이는 과산화 리튬에서는 130 pm, 과산화 바륨에서는 147 pm으로 길어진다. 또한, 과산화물 이온은 반자성이다.

알칼리 금속과 칼슘, 스트론튬, 바륨의 과산화물은 이온성이지만, 마그네슘과 같은 양성 금속과 란타넘족 원소 및 우라늄의 과산화물은 이온성과 공유 결합성의 중간적인 성질을 가진다. 또한, 아연, 카드뮴, 및 수은의 과산화물은 거의 공유 결합성이다.

3. 2. 유기 과산화물

유기화학에서 과산화물은 퍼옥사이드 구조(−O−O−)를 포함하는 분자를 가리킨다.^[12] 한쪽 산소 원자에 수소 원자가 결합되어 있을 때 이것을 히드로퍼옥사이드(R-O-O-H)라고 부른다.^[12] HOO· 라디칼은 하이드로퍼옥실 라디칼로 알려져 있다.^[12] 유기 과산화물은 자유 라디칼(RO·)로 분해되기 쉬운 경향이 있다.^[12] 이러한 성질은 폴리에스터 수지 합성 등에 중합 개시제로 사용되며 메틸에틸케톤퍼옥사이드가 주로 이 용도로 사용된다.^[12]

유기 과산화물은 C−O−O−C 또는 C−O−O−H 결합을 가진 화합물이며, ''tert''-부틸하이드로퍼옥사이드가 한 가지 예이다.

3. 3. 무기 과산화물

무기화학에서 과산화물은 과산화물 이온(O₂²⁻)을 함유한 화합물을 가리키며, 이는 강염기성의 이온 화합물이다. 순수한 과산화물(과산화물 이온과 양이온만 포함)은 보통 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 공기 중 또는 산소 중에서 연소시켜 생성한다.

과산화물 이온은 산소 분자보다 전자가 2개 더 많다. 분자 궤도 이론에 따르면 이 2개의 전자는 완전한 2개의 π^* 반결합성 궤도를 차지한다. 따라서 과산화물 이온의 산소 원자 간 결합 길이는 과산화 리튬에서는 130 pm, 과산화 바륨에서는 147 pm으로 길어진다. 또한 과산화물 이온은 반자성이다.

알칼리 금속과 칼슘, 스트론튬, 바륨의 과산화물은 이온성이지만, 마그네슘과 같은 양성 금속과 란타넘족 원소 및 우라늄의 과산화물은 이온성과 공유결합성의 중간 성질을 지닌다. 아연, 카드뮴, 수은의 과산화물은 대부분 공유결합성이다.

과산화물은 강력한 산화제로 보통 매우 불안정하다. 이온성 과산화물은 물이나 묽은 산에 의해 과산화 수소로 분해된다. 유기 화합물은 상온에서 산화되어 탄산염이 된다.

3. 3. 1. 주족 원소 과산화물

일반적인 과산화물의 특징적인 구조는 두 개의 주요 산소 원자를 연결하는 산소-산소 공유 결합 단일 결합이다. 분자에 치환기가 없을 경우, 과산화기는 [-2]의 순 전하를 갖는다. 각 산소 원자는 음전하(-1)를 띠는데, 이는 5개의 원자가 전자가 최외각 전자껍질에 남아 있고 하나의 전자가 공유 결합에 참여하기 때문이다. 공유 결합의 특성으로 인해, 이러한 배열은 각 원자가 7개의 원자가 전자를 갖는 것과 같아 산소를 환원시키고 음전하를 갖게 한다. 이 전하는 다른 원소가 추가됨에 따라 영향을 받으며, 추가된 원자단에 따라 성질과 구조가 변한다. 주족 원소 과산화물은 결합을 가진 화합물이다. (E = 주족 원소)

3. 3. 2. 금속 과산화물

금속 과산화물은 과산화바륨(BaO₂), 과산화나트륨(Na₂O₂) 및 과산화아연(ZnO₂)이 그 예시이다. 무기화학에서 과산화물은 '''과산화물 이온'''(O₂²⁻)을 포함하는 화합물을 가리키며, 이것은 강염기성의 이온 화합물이다. 순수한 과산화물(과산화물 이온과 양이온만 포함)은 일반적으로 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속을 공기 중 또는 산소 중에서 연소시켜 생성한다.

과산화물 이온은 산소 분자보다 2개의 전자를 더 가지고 있다. 분자 궤도 이론에 따르면 이 2개의 전자는 완전한 2개의 π^*반결합 궤도를 차지한다. 따라서 과산화물 이온의 산소 원자 간 결합 길이는 과산화리튬에서는 130 pm, 과산화바륨에서는 147 pm으로 길어진다. 또한, 과산화물 이온은 반자성이다.

알칼리 금속과 칼슘, 스트론튬, 바륨의 과산화물은 이온성이지만, 마그네슘과 같은 양성 금속과 란타넘족 원소 및 우라늄의 과산화물은 이온성과 공유 결합성의 중간적인 성질을 가진다. 또한, 아연, 카드뮴, 및 수은의 과산화물은 거의 공유 결합성이다.

과산화물은 강력한 산화제이며, 일반적으로 매우 불안정하다. 이온성 과산화물은 물이나 묽은 산에 의해 과산화수소로 분해된다.

3. 4. 과산

'''과산'''은 여러 친숙한 산의 과산 유도체이며, 과황산과 과초산 및 이들의 염을 포함한다. 과황산칼륨이 그 예시 중 하나이다.

4. 명명법

산소 분자 사이의 결합은 '''퍼옥시기'''(때로는 '''퍼옥소기''', '''퍼옥실기''', 또는 '''퍼옥시 결합'''이라고도 함)로 알려져 있다.^[4] 퍼옥시기의 명명법은 다소 다양하며,^[4] 다원자 이온 명명 규칙의 예외로 존재한다. 이는 발견 당시 단원자로 여겨졌기 때문이다.^[5] 이 용어는 토마스 톰슨이 1804년에 가능한 한 많은 산소와 결합된 화합물,^[6] 또는 산소량이 가장 많은 산화물^[7]을 위해 도입하였다.

5. 유기화학에서의 과산화물

유기화학에서 과산화물은 퍼옥사이드 구조(−O−O−)를 포함하고 있는 분자를 가리킨다.^[12] 한쪽 산소 원자에 수소 원자가 결합되어 있을 때 이것을 하이드로퍼옥사이드(R-O-O-H)라고 부른다.^[12] HOO· 라디칼은 하이드로퍼옥실 라디칼로 알려져 있다.^[12] 유기 과산화물은 자유 라디칼(RO·)로 분해되기 쉬운 경향이 있다.^[12] 이러한 성질은 폴리에스터 수지 합성 등에 중합 개시제로 사용되며 과산화 메틸 에틸 케톤이 주로 이 용도로 사용된다.^[12]

6. 무기화학에서의 과산화물

무기화학에서 과산화물은 강염기성 이온 화합물인 과산화물 이온(O₂²⁻)을 함유한 화합물을 가리킨다. 순수한 과산화물(과산화물 이온과 양이온만 포함)은 보통 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 공기나 산소 중에서 연소시켜 생성한다.

과산화물 이온은 산소 분자보다 전자를 2개 더 가지며, 분자 궤도 이론에 따르면 이 2개의 전자는 2개의 π^* 반결합성 궤도를 완전히 채운다. 과산화물 이온의 산소 원자 간 결합 길이는 과산화 리튬에서는 130 pm, 과산화 바륨에서는 147 pm이다. 과산화물 이온은 반자성을 띤다.

알칼리 금속과 칼슘, 스트론튬, 바륨의 과산화물은 이온성이지만, 마그네슘과 같은 양성 금속과 란타넘족 원소 및 우라늄의 과산화물은 이온성과 공유 결합성의 중간 성질을 지닌다. 아연, 카드뮴, 수은의 과산화물은 대부분 공유 결합성이다.

과산화물은 강력한 산화제이며, 보통 매우 불안정하다. 이온성 과산화물은 물이나 묽은 산에 의해 과산화 수소로 분해된다. 유기 화합물은 상온에서 산화되어 탄산염이 된다.

6. 1. 과산화물의 성질

참조

_[1] 웹사이트 Illustrated Glossary of Organic Chemistry http://www.chem.ucla[...] 2024-06-19
_[2] 서적 Chemistry of the Elements Butterworth-Heinemann
_[3] 서적 Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure https://books.google[...] Wiley-Interscience 2007
_[4] GoldBook peroxides
_[5] 웹사이트 Nomenclature https://chemed.chem.[...] 2004
_[6] 서적 A System of Chemistry Bell and Bradfute 1804
_[7] 웹사이트 Peroxide https://www.etymonli[...]
_[8] 저널 過酸化物, 過酸の化学 日本油化学会 1962
_[9] 서적 Chemistry of the Elements Butterworth-Heinemann
_[10] 서적 Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure https://books.google[...] Wiley-Interscience 2007
_[11] GoldBook peroxides
_[12] 저널 과산화물, 과산의 화학 일본 석유화학회 1962