簡介
超氧化物中,氧的氧化態為-1/2,O2-的O-O鍵長為1.33pm;(氧氣中為1.21pm;,O22-中為1.49pm;)。按O-O鍵級排序,O2中鍵級為2,O2-中鍵級為1.5,O22-中的鍵級為1。無機化學
鹼金屬超氧化物CsO2、RbO2、KO2可由金屬與氧氣直接反應製備,NaO2的製備則需過氧化鈉與氧氣加壓反應,單質直接反應得到的超氧化鈉約占10%。它們都是橙黃色的穩定固體,與水迅速反應歧化。反應中的O2為強布朗斯特鹼,先與質子反應生成超氧酸(HO2,pKa約為4.88)。其他獲得鹼金屬超氧化物的方法有:
①氧氣低溫氧化金屬的液氨溶液。超氧化鋰就可通過此法製得。
②通過鹼金屬氫過氧化物的過氧化氫合物分解製得,如2NaOOH·H2O2及相應的鉀化合物分解可分別得到NaO2和KO2。
鹼土金屬中,鋇和鈣的超氧化物Ba(O2)2、Ca(O2)2也已製得。Mg、Zn、Cd的超氧化物僅以很小濃度,以固溶體的形式存在於相應的過氧化物中。
固態超氧化物加熱時分解,與二氧化碳反應經由過氧碳酸鹽中間體,最終得到氧氣和碳酸鹽。超氧化鉀可用作空間飛船和潛艇中的供氧劑。
4KO2+2CO2==2K2CO3+3O2。
有機化學
在有機化學中,超氧化物可以作為反應物與烯烴反應形成環氧化物。如(MCPBA,MMPP......)生物化學
生物氧化中,一個氧分子完全還原需要4個電子。如果氧分子僅被加入的單個電子還原,則形成的中間產物為超氧基團,即為超氧陰離子O2-,其性質活潑,易與多種大分子物質結合而使其失去活性。生物體正常代謝過程和在各種環境脅迫下均能產生活性氧和自由基(包括超氧陰離子),它們的積累將引起生物體內細胞結構和功能的破壞。超氧化物歧化酶(superoxidedismutase,SOD)廣泛存在於生物體內,是活性氧清除系統中第一個發揮作用的抗氧化酶.。SOD岐化超氧陰離子自由基生成過氧化氫和分子氧,可在保護細胞免受氧化損傷過程中具有十分重要的作用。
種類及性質
超氧化物通常是由金屬離子和超氧離子形成的化合物。其主要品種有超氧化鈉(Na2O4)(也被寫作NaO2)、超氧化鉀(K2O4)(也被寫作KO2)。鉀、銣、銫、鈣、鍶、鋇能形成超氧化物,特徵是分子中含有超氧離子O2。超氧化物易潮解,加熱時便釋放出氧氣,性質不穩定,具有強氧化性和強吸濕性,置於空氣中能與水和二氧化碳發生反應生成碳酸鹽,同時放出氧。基於這一性質,它們是氧氣再生藥板的主要原料,也用作隔絕式氧氣面具的產氧藥柱。上述反應方程式如下(以K2O4為例):
K2O4+2H2O=2KOH+H2O2+O2↑
2K2O4+2CO2=2K2CO3+3O2
製備方法
超氧化物的製備方法主要有以下三種:①過氧化物與氧氣作用。
②鉀、銣、銫在過量的氧氣中燃燒。
③將氧氣通入鉀、銣、銫的液氨溶液中。
超氧化鈉是將過氧化鈉在壓力為13MPa、溫度為350℃的高壓釜中通入氧氣進行氧化生成的。
超氧化鉀的製備是在不鏽鋼置換釜內,以金屬鈉置換氯化鉀得到純度大於97%的金屬鉀,熔融的鉀壓送到特製的噴槍與經過淨化的空氣混合後噴入氧化爐,在230~250℃下燃燒生成超氧化鉀。