Nadtlenki jest to grupa związków, w których atom tlenu występuje na $-\text{I}$ stopniu utlenienia. Wzór ogólny nadtlenków nieorganicznych można zapisać w następujący sposób:

Np.:

Gdzie:

• $y$ – wartościowość tlenu w nadtlenku (równa $\text{I}$);

• $x$ – wartościowość drugiego pierwiastka wchodzącego w skład nadtlenku.

Nadtlenkami mogą być związki tlenu z metalami. Nadtlenki metali grupy $1.$ i $2.$ układu okresowego mają generalnie budowę jonową. Posiadają więc w swojej strukturze kationy odpowiednich metali oraz aniony nadtlenkowe ${\text{O}}_2^{2-}$. W poniższej miniprezentacji przedstawione zostały wzory ogólne tych nadtlenków.

RPbCXF6JUGbc3

Ilustracja przedstawia wzór ogólny nadtlenków metali pierwszej grupy. Od lewej strony: ${\text{M}}^{+}{\text{O}}^{-}$ od atomu tlenu poprowadzono wiązanie pojedyncze w prawo w górę na skos do kolejnego atomu tlenu ${\text{O}}^{-}$ i kationu ${\text{M}}^{+}$.

RCMpEONGJLL9m

Ilustracja przedstawia wzór ogólny nadtlenków metali drugiej grupy. ${\text{O}}^{-}$ jest połączony z drugim ${\text{O}}^{-}$ wiązaniem pojedynczym, a obok zapisano M indeks górny dwa plus.

Cząsteczki nadtlenków niemetali charakteryzują się obecnością mostków nadtlenowych ($\text{O}—\text{O}$), czyli bezpośredniego połączenia dwóch atomów tlenu. Ze względu na niestabilność tego wiązania, są związkami bardzo reaktywnymi. Nadtlenki te posiadają bardziej kowalencyjny charakter.

Najprostszym przykładem nadtlenku niemetalu jest nadtlenek wodoru. W grupie nadtlenków niemetali wyróżnić możemy nadtlenki organiczne (np. nadtlenek benzoilu). Nadtlenki organiczne można uznać za pochodne nadtlenku wodoru, w którym jeden lub oba atomy wodoru zostały zastąpione przez rodniki organiczne.

Ogrzewanie organicznych nadtlenków lub ich bezpośrednia ekspozycja na światło prowadzi do wydzielenia rodnikówrodnikrodników:

Rodniki, ze względu na obecność niesparowanego elektronu, są wysoce reaktywne. Wykorzystywane jest to w reakcjach polimeryzacjipolimeryzacjapolimeryzacji. Nadtlenki organiczne pełnią rolę inicjatorówinicjatorinicjatorów polimeryzacji.

Przykładem takiego inicjatora może być np. nadtlenek benzoilu, stosowany jako inicjator polimeryzacji styrenu:

Niektóre nadtlenki w reakcji z tlenkiem węgla($\text{IV}$) uwalniają tlen. Zazwyczaj są to nadtlenki metali pierwszej grupy układu okresowego.

Reakcja ta znalazła zastosowanie w okrętach podwodnych czy stacjach kosmicznych, gdzie zasoby tlenu są ograniczone.

Nadtlenki metali drugiej grupy układu okresowego, ze względu na swoje właściwości utleniające, znajdują zastosowanie w pirotechnice jako inicjatory zapłonu. Ponadto nadtlenki te reagują z kwasami, w wyniku czego otrzymuje się nadtlenek wodoru oraz odpowiednią sól.

Przedstawmy tę reakcję chemiczną na przykładzie nadtlenku baru – ${\text{BaO}}_2$.

RwFr2Irew1t9F1

Zdjęcie przedstawia kropelkę wody utlenionej naniesioną na ranę. Woda utleniona pieni się

Nadtlenki znajdują również zastosowanie w medycynie. Woda utleniona to nic innego jak $3\%$ (w procentach masowych) roztwór nadtlenku wodoru w wodzie. Ma właściwości odkażające oraz bakteriobójcze. Woda utleniona w kontakcie z krwią zaczyna się pienić. W wyniku tej reakcji powstaje woda oraz tlen, co pozwala na oddzielenie zanieczyszczeń oraz bakterii z trudno dostępnych miejsc w ranach.

Roztwory nadtlenku wodoru o stężeniu $2—12\%$ są używane we fryzjerstwie do rozjaśniania włosów. Bardziej stężone roztwory nadtlenku wodoru służą do wybielania celulozy, z której w późniejszych etapach powstaje papier.

Znane są nadtlenki będące pochodnymi związków naturalnych, np. kwasów tłuszczowych. Są to nadtlenki organiczne, które odgrywają istotną rolę w biologii.

Rc3EnhEjLEp6x1

Zdjęcie przedstawia świetlika świętojańskiego - podłużnego owada, którego odwłok świeci się na zielono.

Organizm świetlika świętojańskiego wykorzystuje nadtlenki do procesu świecenia. W wyniku utleniania lucyferynylucyferynalucyferyny – pigmentu zdolnego do emitowania światła – powstaje organiczny nadtlenek cykliczny $1$,$2$–dioksetan. Związek ten jest niestabilny i rozpada się do tlenku węgla($\text{IV}$) oraz odpowiednich ketonów znajdujących się w stanie wzbudzonym. Uwalniają one nadmiar energii, emitując światło. Zjawisko to nazywane jest bioluminescencjąbioluminescencjabioluminescencją.

RHWAiUEfcIyLQ

Ilustracja przedstawia reakcję utlenienia lucyferyny. Budowa cząsteczki: dwa atomy tlenu i dwa atomy węgla tworzą kwadrat, jeden atom węgla tworzy wiązanie podwójne z atomem tlenu a drugi z nich tworzy dwa wiązania z grupami ${\text{R}}_{\text{1}}$ i ${\text{R}}_{\text{2}}$. Po usunięciu ${\text{CO}}_{\text{2}}$ powstaje produkt: wzbudzony keton: w nawiasie kwadratowym atom węgla połączony z atomem tlenu wiązaniem podwójnym oraz wiązaniem pojedynczym z dwiema grupami: ${\text{R}}_{\text{1}}$ i ${\text{R}}_{\text{2}}$. Poza nawiasem umieszczono gwiazdkę. W  kolejnym etapie wydziela się światło i powstaje keton.

Słownik

Bibliografia

Bielański A., Podstawy Chemii nieorganicznej, t. $1—2$, Warszawa $2010$.

Encyklopedia PWN

Greenwood N. N., Earnshaw A., Chemistry of the Elements, 2nd Edition, Oxford $1997 \text{r}.$, s. $730$, $806—808$, $900$.

Trzebiatowski W., Chemia nieorganiczna, Warszawa $1998 \text{r}.$, wyd. $8$.