超氧化物

超氧化物是含有超氧離子（O₂^-）的一類化合物，是氧氣分子的單電子還原產物，廣泛存在於自然界中。超氧離子是一個自由基，一個氧原子帶有一個未成對電子，與氧氣分子一樣呈順磁性。

基本介紹

• 中文名：超氧化物
• 外文名：superoxide
• 性質：一類化合物
• 超氧化物中：氧的氧化態為-1/2

簡介

中文名：超氧化物

英文名：superoxide

性質：一類化合物，其中氧的氧化態為-1/2

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;，O₂^2-中為1.49pm;）。按O-O鍵級排序，O₂中鍵級為2，O₂^-中鍵級為1.5，O₂^2-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(superoxide dismutase,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。

套用

超氧化鉀與太空人呼出的二氧化碳氣體作用，產生的氧氣可供他們呼吸。