氧化物、过氧化物与超氧化物

把碱金属在空气中燃烧，你大概会以为它们都会生成同一种简单的氧化物，就像铁生锈那样。其实不然。锂生成普通的氧化物，钠偏爱过氧化物，而钾、铷、铯还要更进一步，生成超氧化物。同一族、同样与氧反应，却有三种不同的产物——这个规律是一堂关于阳离子大小与阴离子大小相匹配的精彩课。

氧能提供三种尺寸渐增、含电子渐增的负离子：氧离子 O2-（一个氧，电荷 2-）、过氧离子 O2 2-（两个氧以单键相连，总电荷 2-），以及超氧离子 O2 -（两个氧，电荷 1-，且显著地带有一个奇电子，因而具顺磁性）。像 Li+ 这样又小又高电荷的阳离子，最适合被又小又紧凑的 O2- 稳定，所以锂生成 Li2O。较大的 Na+ 能从容地容纳更大的过氧离子，给出 Na2O2。极大的 K+、Rb+、Cs+ 则稳定更大、电荷更低的超氧离子，给出 KO2。一句话：大阳离子稳定大阴离子——这是晶格能反复出现的规律。

这些化合物在实用上很重要：过氧化钠和超氧化钾都能与二氧化碳和水反应放出氧气，所以 KO2 被用于自给式呼吸器、潜艇和航天器中，吸收 CO2 并再生可呼吸的 O2。需要老实说明的微妙之处是：超氧离子含有一个未成对电子，是一种活性氧物种——正是生物体必须靠酶去防御的那类侵略性氧化剂——所以它的化学并不像「氧化物」这个词所暗示的那么温顺。