Natri superoxide

Natri superoxide là hợp chất vô cơ có công thức NaO₂.^[1] Chất rắn màu vàng cam này muối của anion superoxide. Nó là sản phẩm trung gian của quá trình oxi hoá natri bằng oxi.

Natri superoxide
Natri superoxide
Danh pháp IUPAC	Natri(I) superoxide
Tên khác	Natri superoxide
Nhận dạng
Số CAS	12034-12-7
PubChem	61542
Thuộc tính
Công thức phân tử	NaO2
Khối lượng mol	54.9886 g/mol
Bề ngoài	chất rắn tinh thể màu vàng
Khối lượng riêng	2.2 g/cm³
Điểm nóng chảy	551.7 °C
Điểm sôi	phân huỷ
Độ hòa tan trong nước	phân huỷ
Độ bazơ (pKb)	N/A
Cấu trúc
Các nguy hiểm
Phân loại của EU	ăn mòn
NFPA 704	0 3 1 OX
Chỉ dẫn R	R35 (xem Danh sách nhóm từ R)
Chỉ dẫn S	S1/2, S26, S37/39, S45 (xem Danh sách nhóm từ S)
Điểm bắt lửa	không cháy
Các hợp chất liên quan
Anion khác	Natri oxit Natri peroxide
Cation khác	Kali superoxide
Trừ khi có ghi chú khác, dữ liệu được cung cấp cho các vật liệu trong trạng thái tiêu chuẩn của chúng (ở 25 °C [77 °F], 100 kPa). Y kiểm chứng (cái gì YN ?) Tham khảo hộp thông tin

Điều chế

NaO₂ được điều chế bằng cách xử lý natri peroxide với oxi dưới áp suất và nhiệt độ cao:^[2]

${\displaystyle {\mathsf {Na_{2}O_{2}+O_{2}\ \xrightarrow {450^{o}C,p} \ NaO_{2}}}}$

Nó còn được điều chế khi oxi hoá cẩn thận dung dịch chứa natri trong amoniac:

${\displaystyle {\mathsf {Na(trongNH_{3})+O_{2}\ \xrightarrow {\ } NaO_{2}}}}$

Kết quả tương tự có thể đạt được bằng cách đốt cháy natri trong oxi dưới áp suất cao:

${\displaystyle {\mathsf {Na+O_{2}\ {\xrightarrow {400^{o}C,p}}\ \ NaO_{2}}}}$

Nó cũng được tạo ra, cùng với natri peroxide, khi natri được bảo quản trong các điều kiện không thích hợp (ví dụ như trong dung môi bẩn hoặc một phần halogen)

Tính chất

Tính chất vật lý

Sản phẩm có tính thuận từ, đúng tính chất của anion O₂^-. Natri superoxide tạo thành các tinh thể màu vàng da cam và có cấu trúc ion (Na⁺) (O₂^-).^[3] Nó kết tinh dạng lập phương tương tự NaCl.

Ở nhiệt độ trên −50 °C, pha I là ổn định - hệ lập phương, nhóm không gian F m3m, thông số ô a = 0,549 nm, Z = 4.

Ở nhiệt độ dao động từ −77 ° С đến −50 ° С, có pha II - hệ lập phương, nhóm không gian P a3 , thông số ô a = 0,546 nm.

Ở nhiệt độ trong khoảng từ −230 ° С đến −77 ° С, có pha III - hệ trực thoi, nhóm không gian P nnm , thông số ô a = 0,426 nm, b = 0,554 nm, c = 0,334 nm.

Ở nhiệt độ dưới −230 °C, có pha IV với khối lượng riêng là 2,21g/cm³.

Tính chất hoá học

Natri superoxide dễ thủy phân tạo ra hỗn hợp natri hydroxide và hydro peroxide, ngoài ra còn có thể giải phóng oxy.^[3]

• Khi đun nóng đến 100 °C, natri superoxide giải phóng oxy:

${\displaystyle {\mathsf {2\ NaO_{2}\ {\xrightarrow {\ }}\ Na_{2}O_{2}+O_{2}\uparrow }}}$

• Natri superoxide hòa tan trong amoniac lỏng, khi làm lạnh đến -32,5 °C, phức NaO₂ • 2NH₃ sẽ kết tủa.
• NaO₂ phản ứng với nước giải phóng hydro peroxide và oxy:

${\displaystyle {\mathsf {2\ NaO_{2}+2\ H_{2}O\ {\xrightarrow {\ }}\ 2\ NaOH+H_{2}O_{2}+O_{2}\uparrow }}}$

và với sự có mặt của chất xúc tác, ví dụ MnO₂, phản ứng diễn ra theo phương trình:

${\displaystyle {\mathsf {4\ NaO_{2}+2\ H_{2}O\ {\xrightarrow {MnO_{2}}}\ 4\ NaOH+3\ O_{2}\uparrow }}}$

• Phản ứng với axit:

${\displaystyle {\mathsf {4\ NaO_{2}+4\ HCl\ {\xrightarrow {\ }}\ 4\ NaCl+2\ H_{2}O+3\ O_{2}\uparrow }}}$

• Phản ứng với carbon dioxide :

${\displaystyle {\mathsf {4\ NaO_{2}+2\ CO_{2}\ {\xrightarrow {\ }}\ 2\ Na_{2}CO_{3}+3\ O_{2}\uparrow }}}$

• Khi đun nóng, phản ứng với carbon monoxide:

${\displaystyle {\mathsf {2\ NaO_{2}+CO\ {\xrightarrow {100^{o}C}}\ Na_{2}CO_{3}+O_{2}\uparrow }}}$

• Natri superoxit là một chất oxi hóa mạnh:

${\displaystyle {\mathsf {4\ NaO_{2}+3\ C\ {\xrightarrow {100^{o}C}}\ 2\ Na_{2}CO_{3}+CO_{2}\uparrow }}}$

${\displaystyle {\mathsf {NaO_{2}+Al\ {\xrightarrow {100^{o}C}}\ \ NaAlO_{2}}}}$

Ứng dụng

Natri superoxide được sử dụng như một thành phần của hệ thống tái tạo oxi đơn hoặc trong hỗn hợp với kali superoxide.

Chú thích

1. Hayyan M., Hashim M.A., AlNashef I.M., Superoxide Ion: Generation and Chemical Implications, Chem. Rev., 2016, 116 (5), pp 3029–3085. DOI: 10.1021/acs.chemrev.5b00407
2. Stephen E. Stephanou, Edgar J. Seyb Jr., Jacob Kleinberg "Sodium Superoxide" Inorganic Syntheses 1953; Vol. 4, 82-85.
3. Sasol Encyclopaedia of Science and Technology, G.C. Gerrans, P. Hartmann-Petersen, p.243 "sodium oxides", google books link