L’acqua è una molecola elettricamente neutra che si può formare attraverso la combinazione di ioni idrogeno e ioni idrossido, come nelle reazioni acido-base. Scritta con la stenografia dei chimici, la reazione è H+ & OH- → H2O. Qui, l’atomo di idrogeno solitario è in realtà uno ione, che non trasporta elettroni negativi e quindi porta una carica positiva, mentre la combinazione idrogeno-ossigeno possiede due elettroni liberi, che gli conferiscono una carica negativa. È possibile produrre un’altra forma della combinazione idrogeno-ossigeno, che trasporta solo un elettrone libero, non due. Questo è il radicale idrossile elettricamente neutro, ma chimicamente molto reattivo.
L’ossigeno è fortemente elettronegativo, mentre l’idrogeno è elettropositivo. Inoltre, l’atomo di idrogeno è piuttosto piccolo rispetto all’atomo di ossigeno. È l’atomo di ossigeno “amante degli elettroni”, piuttosto che l’atomo di idrogeno, che trasporta l’elettrone libero. Una popolazione di radicali liberi diminuisce di numero con il tempo per attrito, come, ad esempio, quando due radicali idrossili si uniscono per formare una molecola di perossido di idrogeno. Al contrario, i perossidi facilmente scissi – in particolare i perossidi organici con grandi appendici che tendono ad allungare quei legami, come il di-terz-butil perossido o il perossido di benzoile – sono usati come fonti di radicali liberi nelle sintesi commerciali e di laboratorio.
Il radicale ossidrile è importante, non solo in laboratorio e in commercio, ma anche in medicina e nella nostra atmosfera. Gli inquinanti di ossido di azoto della troposfera provenienti da autoveicoli e fabbriche si decompongono per rilasciare atomi eccitati di ossigeno, •O. Questi singoli atomi, da non confondere con le molecole di ossigeno, O2, si combinano con l’umidità dell’aria, convertendosi in radicali idrossilici, •OH. Esistono altre fonti del radicale idrossile, più comunemente osservate in altre situazioni, inclusa la reazione dell’ozono con composti organici a doppio legame chiamati alcheni. Nella maggior parte dei casi che si verificano in natura, i radicali idrossilici non sono considerati desiderabili; tale è il caso nel campo della salute e della medicina.
Questo perché il radicale idrossile è una forma di radicale libero piccola e altamente mobile, solubile in acqua. Nel corpo umano i radicali liberi sono generalmente considerati indesiderabili e possono essere associati a malattie e all’invecchiamento. Un sistema enzimatico preoccupante è il sistema respiratorio, in cui i radicali liberi attaccano i tessuti delicati del corpo. I particolati atmosferici – in particolare gli ioni di metalli di transizione – sono stati riconosciuti come formatori di radicali idrossilici in ambienti umidi come il tessuto polmonare e portano a disturbi polmonari, incluso il cancro. Il radicale idrossile è stato anche associato ad attacchi chimici su filamenti di DNA.