超氧化物 编辑

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超氧化物是含有超离子(O2-)的一类化合物,是氧气分子的单电子还原产物,广泛存在于自然界中。超氧离子是一个自由基,一个氧原子带有一个未成对电子,与氧气分子一样呈顺磁性。

基本信息

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中文名:超氧化物

外文名:superoxide

性质:一类化合物

超氧化物中:氧的氧化态为-1/2

简介

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中文名:超氧化物

英文名:superoxide

性质:一类化合物,其中氧的氧化态为-1/2

超氧化物中,氧的氧化态为-1/2,O2-的O-O键长为133pm;(氧气中为121pm;,O22-中为149pm;)。按O-O键级排序,O2中键级为2,O2-中键级为1.5,O22-中的键级为1。

无机化学

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碱金属超氧化物CsO2、RbO2、KO2可由金属与氧气直接反应制备,NaO2的制备则需过氧化与氧气加反应,单质直接反应得到的超氧化钠约占10%。它们都是橙黄色的稳定固体,与迅速反应歧化。反应中的O2为强布朗斯特碱,先与质子反应生成超氧酸(HO2,pKa约为4.88)。

其他获得碱金属超氧化物的方法有:

①氧气低温氧化金属的液氨溶液。超氧化锂就可通过此法制得。

②通过碱金属过氧化物过氧化氢合物分解制得,如2NaOOH·H2O2及相应的钾化合物分解可分别得到NaO2和KO2

碱土金属中,钡和的超氧化物Ba(O2)2、Ca(O2)2也已制得。Mg、Zn、Cd的超氧化物仅以很小浓度,以固溶体的形式存在于相应的过氧化物中。

固态超氧化物加热时分解,与二氧化碳反应经由过氧酸盐中间体,最终得到氧气和碳酸盐。超氧化钾可用作空间飞船和潜艇中的供氧剂。

4KO2+2CO2==2K2CO3+3O2

有机化学

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在有机化学中,超氧化物可以作为反应物与烯烃反应形成环氧化物。如(MCPBA,MMPP......)

生物化学

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生物氧化中,一个氧分子完全还原需要4个电子。如果氧分子仅被加入的单个电子还原,则形成的中间产物为超氧基团,即为超氧阴离子O2-,其性质活泼,易与大分子物质结合而使其失去活性

物体正常代谢过程和在各种环境胁迫下均能产生活性氧和自由基(包括超氧阴离子),它们的积累将引起生物体细胞结构能的破坏。超氧化物歧化(superoxide dismutase,SOD)广泛存在于生物体内,是活性氧清除系统中第一个发挥作用抗氧化酶.。SOD歧化超氧阴离子自由基生成过氧化氢和分子氧,可在保护细胞免受氧化损伤过程中具有十分重要的作用。

种类及性质

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超氧化物通常是由金属离子和超氧离子形成的化合物。其主要品种有超氧化钠(Na2O4)(也被写作NaO2)、超氧化钾(K2O4)(也被写作KO2)。钾、铷、铯、钙、锶、钡能形成超氧化物,特征是分子中含有超氧离子O2

超氧化物易潮解,加热时便释放出氧气,性质不稳定,具有强氧化性和强吸湿性,置于空气中能与水和二氧化碳发生反应生成碳酸盐同时放出氧。基于这一性质,它们是氧气再生药板的主要原料,也用作隔绝式氧气面具的产氧药柱。上述反应方程式如下(以K2O4为例):

K2O4+2H2O=2KOH+H2O2+O2

2K2O4+2CO2=2K2CO3+3O2

制备方法

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超氧化物的制备方法主要有以下三种:

①过氧化物与氧气作用。

②钾、铷、铯在过的氧气中燃烧。

③将氧气通入钾、铷、铯的液氨溶液中。

超氧化钠是将过氧化钠在压为13MPa、温度为350℃的高压釜中通入氧气进行氧化生成的。

超氧化钾的制备是在不锈钢置换釜内,以金属钠置换氯化钾得到纯度大于97%的金属钾,熔融的钾压送到特制的喷枪与经过净化的空气混合后喷入氧化炉,在230~250℃下燃烧生成超氧化钾。

应用

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超氧化钾与宇航员呼出的二氧化碳气体作用,产生的氧气可供他们呼吸

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