氧化物、過氧化物與超氧化物

把鹼金屬在空氣中燃燒，你大概會以為它們都會生成同一種簡單的氧化物，就像鐵生鏽那樣。其實不然。鋰生成普通的氧化物，鈉偏愛過氧化物，而鉀、銣、銫還要更進一步，生成超氧化物。同一族、同樣與氧反應，卻有三種不同的產物——這個規律是一堂關於陽離子大小與陰離子大小相匹配的精彩課。

氧能提供三種尺寸漸增、含電子漸增的負離子：氧離子 O2-（一個氧，電荷 2-）、過氧離子 O2 2-（兩個氧以單鍵相連，總電荷 2-），以及超氧離子 O2 -（兩個氧，電荷 1-，且顯著地帶有一個奇電子，因而具順磁性）。像 Li+ 這樣又小又高電荷的陽離子，最適合被又小又緊湊的 O2- 穩定，所以鋰生成 Li2O。較大的 Na+ 能從容地容納更大的過氧離子，給出 Na2O2。極大的 K+、Rb+、Cs+ 則穩定更大、電荷更低的超氧離子，給出 KO2。一句話：大陽離子穩定大陰離子——這是晶格能反覆出現的規律。

這些化合物在實用上很重要：過氧化鈉和超氧化鉀都能與二氧化碳和水反應放出氧氣，所以 KO2 被用於自給式呼吸器、潛艇和航天器中，吸收 CO2 並再生可呼吸的 O2。需要老實說明的微妙之處是：超氧離子含有一個未成對電子，是一種活性氧物種——正是生物體必須靠酶去防禦的那類侵略性氧化劑——所以它的化學並不像「氧化物」這個詞所暗示的那麼溫順。