超氧化物

关于氧原子与其他化合物合成，请见“氧化物”。

超氧化物（英语：Superoxide）是含有超氧离子（超氧根离子，分子式：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。^[1]超氧离子是一个自由基也是还原剂，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。

超氧化物
IUPAC名 超氧离子(1-)
系统名 dioxidan-2-idyl
识别
CAS号	11062-77-4  Y
PubChem	5359597
ChemSpider	4514331
SMILES	O=[O-]
性质
化学式	O2−
摩尔质量	32 g·mol⁻¹
若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。

超氧离子的路易斯结构式。电荷用红色表示，氧原子的六个外层电子用黑点表示。两个氧原子共用一对电子，其中一个氧原子有一个未成对电子。

化学

超氧化物中，氧的氧化态为-1/2，O₂⁻的O-O键长为1.33Å（氧气中为1.21Å，O₂²⁻中为1.49Å）。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。

碱金属超氧化物CsO₂、RbO₂、KO₂可由金属与氧气直接反应制备，NaO₂的制备则需过氧化钠与氧气加压反应，单质直接反应得到的超氧化钠约占10%。^[2]它们都是橙黄色的稳定固体，与水迅速反应歧化。反应中的O₂⁻先部分与质子反应生成超氧酸（HO₂，pKa约为4.88），然后发生如下反应：

2 O₂⁻ + 2 H₂O → O₂ + H₂O₂ + 2 OH⁻

其他制备超氧化物的方法包括：

• 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。
• 通过碱金属氢过氧化物的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，钡和钙的超氧化物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碳酸盐中间体，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。

2NaO₂ → Na₂O₂ + O₂

生物化学

生物氧化中，一个氧气分子完全还原需要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，易与多种大分子物质结合而使其失去活性。

参见

• 氧化物—O²⁻
• 超氧酸—HO₂
• 臭氧化物—O₃⁻
• 过氧化物—O₂²⁻
• 二氧基—O₂⁺

参考资料

1. Sawyer, D. T. Superoxide Chemistry, McGraw-Hill, doi:10.1036/1097-8542.669650
2. Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 0-12-352651-5.