理解自由基首先要理解电子对。可先考虑一下共价键,两个或多个原子共用它们的外层电子,在理想情况下达到电子饱和的状态,由此组成比较稳定的化学结构。像这样由几个相邻原子通过共用电子并与共用电子之间形成的一种强烈作用称为共价键,其本质是原子轨道重叠后,高概率地出现在两个原子核之间的电子与两个原子核之间的电性作用。电子存在两种自旋方式,不同自旋电子有形成电子对的趋势,这是共价键产生的量子力学基础。

电子有成对的趋势,自由基存在不成对电子,这使得自由基非常容易与其他物质发生反应,本质就是抢夺电子或失去电子。抢夺电子是氧化能力，失去电子是还原能力,所以自由基化学性质活泼,同时有氧化性与还原性。

为什么许多人简单地把自由基当成氧化性强的物质?这就需要我们了解活性氧的概念,活性氧是指含有氧的自由基,例如一氧化氮、羟自由基和超氧阴离子都是活性氧。但活性氧还包括具有氧化活性的非自由基类活性分子,例如过氧化氢就是典型的非自由基活性氧。虽然有的活性氧不是自由基,但这些物质与自由基有类似的特征,所以在生物医学领域一般统一叫自由基活性氧。

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