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超氧化钠 | |
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超氧化钠,无机化合物,化学式NaO2。是一种浅黄色(或橙黄色)的固体,含有超氧离子O2。超氧化钠为食盐的晶体结构,可由过氧化钠与氧气在加压情况下反应制备。
超氧化钠中的超氧根离子在反键轨道上有一个单电子,不稳定,且呈顺磁性。它与水迅速反应生成过氧化氢、氢氧化钠和氧气。[1]
基本信息
中文名称 超氧化钠 [2]
英文名 sodium superoxide
化学式 NaO₂
分子量 54.989
熔点 552°C
沸点 分解
水溶性 分解
密度 2.2 g/cm³
外观 黄色晶体
危险品类别 氧化性物质
项别 氧化性物质一级氧化剂
物质结构
在某些较老的出版物中,其结构与多硫化钠Na2S4做类比,被认为是Na-O-O-O-O-Na,即Na2O4,此理论是不正确的。之所以这样写,是受到旧的价键理论的束缚,认为氧原子一定是2价的,在化合物中形成2个化学键,得到不会有O2这种离子存在的错误结论。
经过科学技术的证实,NaO2晶体是由一价阴离子O2与一价阳离子Na按照1:1的比例构成的,而不是由二价阴离子O4与一价阳离子Na以1:2的比例构成的(但Na2S4确实是由Na和S4构成的)。
O2,是氧分子得到一个电子的产物。此结构不能用价键理论解释,可以用分子轨道理论解释,离子中存在一个2p轨道的σ键,一个2p轨道的三电子π键,键级为1.5。O2比O2多的那个电子在(π2py*)轨道上。
由于多的电子在反键轨道上,所以超氧根离子比氧分子的键级要小,分别是1.5和2,超氧根离子的核间距要比氧气分子大,键级比氧气分子小,稳定性比氧气分子弱。已经证实它是一种可以稳定存在的自由基,如:将KO2溶于冠醚与DMSO所得的溶液,可以得到含有O2的稳定溶液。
性质
常温时为淡黄色,高温时由深黄到橙黄,暴露在空气中会逐渐放出氧而失去黄色。若长期暴露在空气中, 将变成过氧化钠、氢氧化钠及碳酸钠的混合物。保存于密闭容器内,温度在65℃以下较稳定,100℃时开始缓慢分解析出氧气。
250℃以上剧烈分解放出氧气。其为强氧化剂。接触易燃物、有机物、还原剂能引起燃烧爆炸。遇水或水蒸汽产生热,量大时能发生爆炸。
商品过氧化钠中含有10%的超氧化钠,因此呈淡黄色。混入的超氧化钠是使过氧化钠(本该白色)呈淡黄色的原因。
超氧化钠中的超氧离子有一个单电子,呈顺磁性。它与水迅速反应生成氢氧化钠和过氧化钠
火灾处理方式
干砂、干土、干粉;禁止用水、泡沫。(可与水反应放热)
生产方法
工业制法
超氧化钠还可以通过将金属钠溶于液氨中与氧气作用而制得(纯净的过氧化物和超氧化物是用钠,钾或铷等的液氨溶液跟反应所需要的计算量的氧气起反应而制得的):
Na+O2=NaO2 (在液氨中)
该反应机理为:
Na+xNH3=Na+e(NH3)
O2+e(NH3)=O2+xNH3 实验室制法
用氧气与钠的液氨溶液小心反应也会得到超氧化钠:
Na+O2 =NaO2可由过氧化钠与氧气在加压情况下反应制备(在490℃氧气中加热过氧化钠,也可以得到超氧化钠) 。
Na2O2+O2=2NaO2
应用领域
作为供氧剂,广泛用于煤矿、化工、潜水、救护、高山测绘、高空飞行等需要供氧的场合以及有毒的环境。
贮运规则
桶上应有明显"强氧化剂"标志。贮存于通风、干燥的库房,远离火种和热源,与有机物、易燃品、酸类物质隔离储运。搬运时小心轻放,切忌重摔碰撞。
氧化钠,过氧化钠,超氧化钠之间的区别
氧化钠,分子式Na2O,是钠的正常氧化物,常温下是白色固体。其性质极活泼,为碱性氧化物,与水反应生成氢氧化钠。在空气中加热能生成浅黄色的过氧化钠。与水反应:
Na2O + H2O = 2NaOH
与酸反应
Na2O + 2HCl = 2NaCl + H2O
与氧反应
2Na2O + O2 = 2Na2O2
Na2O + CO2 = Na2CO3 过氧化钠(Sodium peroxide)的化学式为Na2O2,又称二氧化钠或双氧化钠,是钠在氧气或空气中燃烧的产物。
物理性质
纯品过氧化钠为白色,但一般见到的过氧化钠呈淡黄色,密度为2.805g/cm3,熔点为460摄氏度。过氧化钠易潮解,应密封保存。过氧化钠对人有强烈的腐蚀性,与易燃物接触易引起火灾,在高温下甚至会发生爆炸。过氧化钠着火不能用水扑灭,必须用沙土或盐盖灭。
制取
过氧化钠主要靠钠的燃烧来制取,工业上将钠装入铝盘,通入干燥且不含二氧化碳的空气,先保持180~200摄氏度,使钠氧化成氧化钠(Na2O),再增加通入气体量,同时升温至300~400摄氏度,即可得到纯净的过氧化钠。
其化学反应方程式为:
也可以通过过氧化氢与氢氧化钠的反应制取,化学方程式为:
另外,在空气或氧气中对氧化钠(Na2O)进行加热也可以制取过氧化钠:
化学性质
过氧化钠是离子化合物,其中氧元素显-1价,钠元素显+1价,其水合物有Na2O2‧2H2O和Na2O2‧8H2O两种。
过氧化钠是强氧化剂,可以与多种金属单质以及非金属化合物发生反应。
过氧化钠与水反应,生成氢氧化钠和氧气:
这是一个放热反应,又由于生成物中含有氧气,因此极易引起可燃物的燃烧和爆炸。
过氧化钠与二氧化碳反应,生成碳酸钠(Na2CO3)和氧气:
过氧化钠与稀硫酸反应,生成硫酸钠(Na2SO4)、水和氧气:
可以把过氧化钠溶解在低温的硫酸中,然后减压蒸馏即可得到过氧化氢(H2O2):
类似的还有与盐酸的反应:
在碱性环境中,过氧化钠可以把化合物中+3价的砷(As)氧化成+5价,把+3价的铬(Cr)氧化成+6价。利用这个反应可以将某些岩石矿物中的+3价铬除去,方法为:在600~700摄氏度的高温下用过氧化钠将铁矿中的3价铬氧化成Na2CrO4,而Na2CrO4可以用水溶掉:
另外,过氧化钠可以将铁单质氧化成含FeO42-的铁酸盐,还可以在一般条件下将有机物氧化成乙醇和碳酸盐。,也可以与硫化物和氯化物发生剧烈反应。
过氧化钠的热稳定性好,可加热到熔融状态而不分解。
超氧化钠是一个橙黄色的固体,化学式为NaO2,含有超氧离子O2-。超氧化钠为石盐结构,可由过氧化钠与氧气在加压情况下反应制备:
Na2O2 + O2 → 2 NaO2 用氧气与钠的液氨溶液小心反应也会得到超氧化钠:
Na + O2 → NaO2 超氧化钠中的超氧离子有一个单电子,呈顺磁性。它与水迅速反应生成氢氧化钠和过氧化钠。