Wasser ist ein elektrisch neutrales Molekül, das durch die Kombination von Wasserstoffionen und Hydroxidionen wie bei Säure-Base-Reaktionen gebildet werden kann. In der Kurzschrift der Chemiker heißt die Reaktion H+ & OH- → H2O. Hier ist das einzelne Wasserstoffatom eigentlich ein Ion, das keine negativen Elektronen trägt und daher eine positive Ladung trägt, während die Wasserstoff-Sauerstoff-Kombination zwei freie Elektronen besitzt, was ihr eine negative Ladung verleiht. Es ist möglich, eine andere Form der Wasserstoff-Sauerstoff-Kombination zu erzeugen, die nur ein freies Elektron trägt, nicht zwei. Dies ist das elektrisch neutrale, aber chemisch sehr reaktive Hydroxylradikal.
Sauerstoff ist stark elektronegativ, während Wasserstoff elektropositiv ist. Außerdem ist das Wasserstoffatom im Vergleich zum Sauerstoffatom recht klein. Es ist das „elektronenliebende“ Sauerstoffatom und nicht das Wasserstoffatom, das das freie Elektron trägt. Eine Population freier Radikale nimmt mit der Zeit durch Abrieb ab, beispielsweise wenn sich zwei Hydroxylradikale zu einem Molekül Wasserstoffperoxid vereinigen. Umgekehrt werden die leicht spaltbaren Peroxide – insbesondere organische Peroxide mit großen Anhängen, die dazu neigen, diese Bindungen zu dehnen, wie Di-tert-butylperoxid oder Benzoylperoxid – als Quellen für freie Radikale in Labor- und kommerziellen Synthesen verwendet.
Das Hydroxylradikal ist nicht nur im Labor und im Handel wichtig, sondern auch in der Medizin und auch in unserer Atmosphäre. Troposphären-Stickoxid-Schadstoffe aus Kraftfahrzeugen und Fabriken zersetzen sich, um angeregte Sauerstoffatome freizusetzen, •O. Diese einzelnen Atome, nicht zu verwechseln mit Sauerstoffmolekülen, O2, verbinden sich mit der Feuchtigkeit der Luft und wandeln sich in Hydroxylradikale, •OH, um. Es gibt andere Quellen für das Hydroxylradikal, die in anderen Situationen häufiger vorkommen, einschließlich der Reaktion von Ozon mit doppelt gebundenen organischen Verbindungen, die als Alkene bezeichnet werden. In den meisten Fällen, die in der Natur vorkommen, werden Hydroxylradikale nicht als wünschenswert angesehen; Dies ist im Bereich Gesundheit und Medizin der Fall.
Dies liegt daran, dass das Hydroxylradikal eine kleine und hochmobile, wasserlösliche Form von freien Radikalen ist. Im menschlichen Körper werden freie Radikale normalerweise als unerwünscht angesehen und können mit Krankheit und Alterung in Verbindung gebracht werden. Ein besorgniserregendes enzymatisches System ist das Atmungssystem, in dem freie Radikale empfindliches Körpergewebe angreifen. Atmosphärische Partikel – insbesondere Übergangsmetallionen – wurden in feuchten Umgebungen wie Lungengewebe als Hydroxylradikalbildner erkannt und führen zu Lungenerkrankungen, einschließlich Krebs. Das Hydroxylradikal wurde auch mit einem chemischen Angriff auf DNA-Stränge in Verbindung gebracht.