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Sauerstoff

Aufgaben

Arbeitsauftrag

Zeichnen Sie die Energieniveaudiagramme für die Teilchen O2+, O2 und O22. Bestimmen Sie die Oxidationszahl und Bindungsordnung sowie den Magnetismus der Teilchen. Erläutern Sie den Verlauf der O-O-Bindungslängen in O2 (121 pm), O2+ (112 pm), O2 (129 pm), O22(149 pm), H2O2 (147 pm) und F2O2 (122 pm).

Abb.1

Die Bindungslänge der O-O-Bindung ist umso länger, je kleiner der Bindungsgrad ist. Demnach steigt die Bindungslänge von O2+ über O2, O2 bis zum O22. Wasserstoff-Atome sind aufgrund ihrer niedrigen Elektronegativität nicht in der Lage, Elektronendichte aus der O-O-Bindung abzuziehen, ganz im Gegensatz zu Fluor. Dies kommt auch in den Resonanzstrukturen zum Ausdruck.

Abb.2
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Arbeitsauftrag

  1. Wasserstoffperoxid oxidiert Mangan(II)-hydroxid zu Braunstein. Formulieren Sie die Reaktionsgleichung.
  2. Welche Sekundärreaktion wird stattfinden?

  1. Mn(OH)2+ H2O2 MnO2+ 2H2O
  2. Katalytische Zersetzung von H2O2 an Braunstein: 2H2O2 O2+ 2H2O
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Arbeitsauftrag

Konstruieren Sie die Molekülorbitale der π-Bindung im Ozon-Molekül.

Zur Konstruktion der Molekülorbitale geht man zweckmäßiger Weise von der Strukturformel für Ozon aus. Die π-Bindung wird von den pz-Orbitalen gebildet. Entsprechend der einen Resonanzstruktur ist für das Sauerstoff-Atom mit der negativen Formalladung sein p-Orbital mit zwei Elektronen besetzt. Durch die Doppelbesetzung dieses Orbitals liegt es energetisch etwas tiefer als die anderen beiden p-Orbitale der anderen Sauerstoff-Atome, die jeweils ein Elektron enthalten. Es stehen also 4 Elektronen für die Besetzung der entstehenden MOs zur Verfügung. Die Linearkombination der drei p-Orbitale ergibt für das Ozon-Molekül eine 4-Elektronen-3-Zentren-Bindung mit je einem bindenden, einem nichtbindenden und einem antibindenden Molekülorbital. Nach Addition der zwei O-O-Einfachbindungen (im Diagramm nicht gezeigt) ergeben sich demnach drei bindende MOs verteilt auf 2 Bindungen, was einem Bindungsgrad von 1,5 pro Bindung entspricht. Zu dem gleichen Ergebnis kommt man bei Betrachtung der beiden Resonanzformen des Ozons: Die Mittelung einer Doppel- und einer Einfachbindung ergibt ebenfalls einen Bindungsgrad von 1,5.

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Arbeitsauftrag

Welche Produkte entstehen an der Pt-Anode bei der Elektrolyse von....

  1. verdünnter Schwefelsäure bei niedriger Stromdichte?
  2. verdünnter Schwefelsäure bei hoher Stromdichte?
  3. konzentrierter Schwefelsäure bei hoher Stromdichte?

Zu 1) O2 Zu 2) O3 Zu 3) H2S2O8

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