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Física y Química 3.º ESO · Óxidos de no metales y peróxidos

El agua oxigenada y el ion peróxido

Objetivo: Al terminar, sabrás reconocer el peróxido de hidrógeno (H₂O₂) y el ion peróxido (O₂²⁻), explicar por qué su fórmula no se simplifica y distinguir un peróxido de un óxido calculando el número de oxidación del oxígeno.

Explicación

El agua oxigenada

En el botiquín de casa hay un frasco de agua oxigenada: es una disolución en agua (al 3 % aproximadamente) de una sustancia llamada peróxido de hidrógeno, de fórmula $\text{H}_2\text{O}_2$ .

Compárala con el agua, $\text{H}_2\text{O}$ :

	Agua	Peróxido de hidrógeno
Fórmula	$\text{H}_2\text{O}$	$\text{H}_2\text{O}_2$
Estructura	H–O–H	H–O–O–H
N.º de oxidación del O	$-2$	$-1$
Nombre	agua (nombre aceptado; con prefijos, óxido de dihidrógeno)	peróxido de hidrógeno (con prefijos, dióxido de dihidrógeno)

La diferencia está en que en el $\text{H}_2\text{O}_2$ los dos átomos de oxígeno están unidos entre sí (–O–O–). Ese grupo de dos oxígenos unidos es lo que caracteriza a los peróxidos.

El ion peróxido

Cuando el grupo –O–O– lleva dos cargas negativas forma el ion peróxido, $\text{O}_2^{2-}$ . Aparece en compuestos como el peróxido de sodio, $\text{Na}_2\text{O}_2$ , o el peróxido de bario, $\text{BaO}_2$ .

En los peróxidos cada oxígeno tiene número de oxidación $-1$ (y no $-2$ como en los óxidos): los dos oxígenos juntos suman $-2$ .

La fórmula no se simplifica

El subíndice 2 del oxígeno en un peróxido no se puede quitar: indica que hay dos oxígenos unidos. Si «simplificamos» $\text{H}_2\text{O}_2$ a HO, ya no queda un peróxido (y no sería una sustancia estable).

¿Óxido o peróxido?

Para saberlo, calcula el número de oxidación del oxígeno sabiendo el del otro elemento:

$\text{BaO}_2$ : el bario siempre tiene $+2$ , así que los dos O suman $-2$ → cada O tiene $-1$ → peróxido.
$\text{CO}_2$ : el carbono tiene $+4$ , así que los dos O suman $-4$ → cada O tiene $-2$ → óxido (dióxido de carbono).

¡Ojo! «Dióxido» no significa «peróxido»: el $\text{CO}_2$ tiene dos oxígenos, pero no están unidos entre sí.

Por qué burbujea en una herida

El peróxido de hidrógeno se descompone fácilmente en agua y oxígeno:

$2\,\text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{H}_2\text{O} + \text{O}_2$

Una enzima de la sangre, la catalasa, acelera mucho esta reacción: por eso sale espuma al echarlo en una herida. La luz también lo descompone; por eso el frasco es opaco.

Puntos clave

El agua oxigenada es una disolución de peróxido de hidrógeno, $\text{H}_2\text{O}_2$ , en agua.
Los peróxidos tienen dos oxígenos unidos entre sí (–O–O–): el ion peróxido es $\text{O}_2^{2-}$ .
En los peróxidos el oxígeno tiene número de oxidación $-1$ .
El subíndice 2 del oxígeno de un peróxido no se simplifica.
Para distinguir un óxido de un peróxido, calcula el número de oxidación del oxígeno.
El $\text{H}_2\text{O}_2$ se descompone en agua y oxígeno: $2\,\text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{H}_2\text{O} + \text{O}_2$ .

Errores frecuentes

ErrorSimplificar $\text{H}_2\text{O}_2$ y escribir HO.
Cómo corregirloEn un peróxido el «O₂» es un grupo de dos oxígenos unidos y no se toca.
ErrorPensar que el $\text{CO}_2$ o el $\text{SO}_2$ son peróxidos porque tienen dos oxígenos.
Cómo corregirloCalcula el número de oxidación del O: en $\text{CO}_2$ es $-2$ , así que es un óxido. Solo es peróxido si el O tiene $-1$ .
ErrorCreer que el agua oxigenada es «agua con oxígeno disuelto».
Cómo corregirloEs otra sustancia, $\text{H}_2\text{O}_2$ , disuelta en agua. Al descomponerse sí libera oxígeno.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1. La espuma del agua oxigenada experimental (de laboratorio)
En el laboratorio echamos agua oxigenada en un tubo de ensayo con un trozo de patata cruda (o un poco de levadura). Se forma mucha espuma. Acercamos a la boca del tubo una astilla con un punto de brasa (sin llama) y la astilla se aviva. ¿Qué gas se forma? Escribe la reacción y di qué tienen en común esta experiencia y lo que pasa al echar agua oxigenada en una herida.

Resolución
La astilla que se aviva es la prueba del oxígeno, $\text{O}_2$ . El peróxido de hidrógeno se descompone en agua y oxígeno:

$2\,\text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{H}_2\text{O} + \text{O}_2$

Comprobamos que está ajustada: a la izquierda hay 4 H y 4 O; a la derecha, 4 H y $2 + 2 = 4$ O.

La patata y la levadura contienen catalasa, la misma enzima que hay en la sangre: acelera la descomposición. Por eso burbujea también en una herida.
Ejemplo 2. ¿Óxido o peróxido? razonamiento con números de oxidación
Sabiendo que el sodio tiene siempre número de oxidación $+1$ , di si $\text{Na}_2\text{O}$ y $\text{Na}_2\text{O}_2$ son óxidos o peróxidos.

Resolución
$\text{Na}_2\text{O}$ : 2 Na suman $+2$ ; el único O debe tener $-2$ → es un óxido (óxido de sodio).

$\text{Na}_2\text{O}_2$ : 2 Na suman $+2$ ; los 2 O deben sumar $-2$ → cada O tiene $-1$ → es un peróxido (peróxido de sodio). Contiene el ion $\text{O}_2^{2-}$ y su fórmula no se simplifica: no es NaO.

Ejercicios

De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.

1. Fácil
Compara el agua y el peróxido de hidrógeno: a) escribe la fórmula de cada uno; b) ¿cuántos átomos de cada elemento hay en una molécula de cada uno?; c) ¿qué número de oxidación tiene el oxígeno en cada uno?

Ver solución
a) $\text{H}_2\text{O}$ y $\text{H}_2\text{O}_2$ . b) Agua: 2 H y 1 O; peróxido de hidrógeno: 2 H y 2 O. c) $-2$ en el agua y $-1$ en el peróxido.
c) El H tiene $+1$ . En $\text{H}_2\text{O}$ : $2 \cdot (+1) = +2$ → O $-2$ . En $\text{H}_2\text{O}_2$ : $+2$ repartido entre 2 O → cada O $-1$ .
2. Fácil
Un alumno dice: «La fórmula del peróxido de hidrógeno se puede simplificar a HO, igual que $\text{S}_2\text{O}_6$ se simplifica a $\text{SO}_3$ ». ¿Tiene razón? Explícalo.

Ver solución
No. En los peróxidos el grupo de dos oxígenos unidos ( $\text{O}_2^{2-}$ ) no se simplifica: la fórmula es $\text{H}_2\text{O}_2$ .
El subíndice 2 del oxígeno indica que hay dos átomos de O unidos entre sí, que es lo que hace que la sustancia sea un peróxido. Si se simplificara, se perdería esa información (y HO no es una sustancia estable).
3. Media
Números de oxidación: H $+1$ , Na $+1$ , K $+1$ , Mg $+2$ , Ba $+2$ , C $+4$ , S $+4$ . Calcula el número de oxidación del oxígeno en cada sustancia y di cuáles son peróxidos: $\text{H}_2\text{O}_2$ , $\text{MgO}$ , $\text{CO}_2$ , $\text{K}_2\text{O}_2$ , $\text{BaO}_2$ , $\text{SO}_2$ .

Ver solución
Peróxidos (O con $-1$ ): $\text{H}_2\text{O}_2$ , $\text{K}_2\text{O}_2$ y $\text{BaO}_2$ . Óxidos (O con $-2$ ): $\text{MgO}$ , $\text{CO}_2$ y $\text{SO}_2$ .
$\text{H}_2\text{O}_2$ : $+2$ entre 2 O → $-1$ . $\text{MgO}$ : $-2$ . $\text{CO}_2$ : $-4$ entre 2 O → $-2$ . $\text{K}_2\text{O}_2$ : $+2$ entre 2 O → $-1$ . $\text{BaO}_2$ : $+2$ entre 2 O → $-1$ . $\text{SO}_2$ : $-4$ entre 2 O → $-2$ .
4. Media
El oxígeno tiene número atómico $Z = 8$ . ¿Cuántos protones y cuántos electrones tiene el ion peróxido, $\text{O}_2^{2-}$ ?

Ver solución
16 protones y 18 electrones
Dos átomos de O: $2 \cdot 8 = 16$ protones y, si fueran neutros, 16 electrones. La carga $2-$ indica que tiene 2 electrones de más: $16 + 2 = 18$ electrones.

Para practicar más

1. Fácil
La etiqueta de un frasco de agua oxigenada de 250 mL dice: «Peróxido de hidrógeno 3 % (en masa)». a) Escribe la fórmula del peróxido de hidrógeno. b) Si la densidad de la disolución es aproximadamente 1 g/mL, ¿cuántos gramos de peróxido de hidrógeno hay en el frasco?

Ver solución
a) $\text{H}_2\text{O}_2$ . b) 7,5 g
b) Masa de la disolución: $250\ \text{mL} \cdot 1\ \text{g/mL} = 250\ \text{g}$ . Masa de soluto: $250\ \text{g} \cdot \dfrac{3}{100} = 7{,}5\ \text{g}$ .
2. Media
Masas atómicas: H = 1 u, O = 16 u. a) Calcula la masa molecular del agua y la del peróxido de hidrógeno. b) ¿Qué porcentaje de la masa del $\text{H}_2\text{O}_2$ es oxígeno? Redondea a las décimas.

Ver solución
a) $\text{H}_2\text{O}$ : 18 u; $\text{H}_2\text{O}_2$ : 34 u. b) 94,1 %
a) $2 \cdot 1 + 16 = 18$ u; $2 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 34$ u. b) $\dfrac{32}{34} \cdot 100 = 94{,}1\ \%$ .
3. Media
El agua oxigenada se vende en frascos opacos y se aconseja guardarla en un sitio fresco. a) ¿En qué sustancias se descompone el peróxido de hidrógeno? Escribe la reacción ajustada. b) ¿Por qué crees que se usan frascos opacos? c) Si un frasco lleva abierto mucho tiempo y ya no hace espuma en una herida, ¿qué ha pasado?

Ver solución
a) $2\,\text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{H}_2\text{O} + \text{O}_2$ . b) Porque la luz acelera la descomposición. c) El $\text{H}_2\text{O}_2$ se ha descompuesto: lo que queda es casi solo agua.
a) Se descompone en agua y oxígeno; ajustada: 4 H y 4 O a cada lado. b) La luz (y el calor) aceleran la reacción. c) El oxígeno se ha ido escapando como gas y en el frasco queda sobre todo agua.
4. Media
Di si es verdadero o falso y corrige las falsas: a) El $\text{CO}_2$ es un peróxido porque tiene dos átomos de oxígeno. b) En el ion peróxido cada oxígeno tiene número de oxidación $-1$ . c) La fórmula $\text{Na}_2\text{O}_2$ se puede simplificar a NaO. d) El agua oxigenada es agua con oxígeno gaseoso disuelto.

Ver solución
a) F; b) V; c) F; d) F
a) Falso: en $\text{CO}_2$ el O tiene $-2$ (el C tiene $+4$ ); es un óxido. b) Verdadero: el ion $\text{O}_2^{2-}$ tiene carga $-2$ repartida entre 2 O. c) Falso: el grupo $\text{O}_2^{2-}$ no se simplifica. d) Falso: es una disolución de peróxido de hidrógeno, $\text{H}_2\text{O}_2$ , en agua.