Atomen van hetzelfde type kunnen deel uitmaken van verschillende stoffen. Voor het element dat wordt aangeduid met het symbool "O" (van de Latijnse naam Oxygenium), zijn twee eenvoudige stoffen bekend die in de natuur voorkomen. De formule van een van hen is O2, de tweede is O3. Dit zijn allotrope modificaties van zuurstof (allotropen). Er zijn andere verbindingen die minder stabiel zijn (O4 en O8). Vergelijking van moleculen en eigenschappen van stoffen zal helpen om het verschil tussen deze vormen te begrijpen.
Wat zijn allotrope modificaties?
Veel chemische elementen kunnen in twee, drie of meer vormen voorkomen. Elk van deze modificaties wordt gevormd door atomen van hetzelfde type. De wetenschapper J. Berzellius was in 1841 de eerste die een dergelijk fenomeen allotropie noemde. De open regelmaat werd oorspronkelijk alleen gebruikt om stoffen met een moleculaire structuur te karakteriseren. Er zijn bijvoorbeeld twee allotrope modificaties van zuurstof bekend, waarvan de atomen moleculen vormen. Later ontdekten de onderzoekers dat er modificaties tussen de kristallen kunnen zijn. Volgens moderne concepten is allotropie een van de gevallen van polymorfisme. Verschillen tussen vormen worden veroorzaakt door mechanismenvorming van een chemische binding in moleculen en kristallen. Dit kenmerk wordt voornamelijk gemanifesteerd door elementen van groepen 13-16 van het periodiek systeem.
Hoe beïnvloeden verschillende combinaties van atomen de eigenschappen van materie?
Allotrope modificaties van zuurstof en ozon worden gevormd door atomen van het element met atoomnummer 8 en hetzelfde aantal elektronen. Maar ze verschillen in structuur, wat leidde tot een aanzienlijke discrepantie in eigenschappen.
| Tekens | Zuurstof | Ozon |
| Samenstelling van het molecuul | 2 zuurstofatomen | 3 zuurstofatomen |
| Gebouw |
|
|
| Totale staat en kleur | Kleurloos transparant gas of lichtblauwe vloeistof | Blauw gas, blauwe vloeistof, donkerpaarse vaste stof |
| Ruik | Vermist | Scherp, doet denken aan een onweersbui, vers gemaaid hooi |
| Smeltpunt (°C) | -219 | -193 |
| Kookpunt (°C) | -183 | -112 |
|
Dichtheid (g/l) |
1, 4 | 2, 1 |
| Oplosbaarheid in water | Lost lichtjes op | Beter dan zuurstof |
|
Reactiviteit |
Onder normale omstandighedenstabiel | Ontbindt gemakkelijk om zuurstof te vormen |
Conclusies op basis van de resultaten van vergelijking: allotrope modificaties van zuurstof verschillen niet in hun kwalitatieve samenstelling. De structuur van een molecuul wordt weerspiegeld in de fysische en chemische eigenschappen van stoffen.
Zijn de hoeveelheden zuurstof en ozon in de natuur hetzelfde?
Stof met de formule O2, gevonden in de atmosfeer, hydrosfeer, aardkorst en levende organismen. Ongeveer 20% van de atmosfeer wordt gevormd door diatomische zuurstofmoleculen. In de stratosfeer, op een hoogte van ongeveer 12-50 km van het aardoppervlak, bevindt zich een laag die het "ozonscherm" wordt genoemd. De samenstelling wordt weerspiegeld door de formule O3. Ozon beschermt onze planeet door de gevaarlijke stralen van het rode en ultraviolette spectrum van de zon intensief te absorberen. De concentratie van een stof verandert voortdurend en de gemiddelde waarde is laag - 0,001%. O2 en O3 zijn dus allotrope zuurstofmodificaties die significante verschillen in distributie in de natuur hebben.
Hoe krijg ik zuurstof en ozon?
Moleculaire zuurstof is de belangrijkste eenvoudige stof op aarde. Het wordt gevormd in de groene delen van planten in het licht tijdens fotosynthese. Bij elektrische ontladingen van natuurlijke of kunstmatige oorsprong v alt het diatomische zuurstofmolecuul uiteen. De temperatuur waarbij het proces begint is ongeveer 2000 °C. Sommige van de resulterende radicalen combineren opnieuw en vormen zuurstof. Sommige actieve deeltjes reageren met diatomische moleculenzuurstof. Bij deze reactie ontstaat ozon, dat ook reageert met vrije zuurstofradicalen. Hierdoor ontstaan diatomische moleculen. De omkeerbaarheid van reacties leidt ertoe dat de concentratie van atmosferische ozon voortdurend verandert. In de stratosfeer wordt de vorming van een laag bestaande uit O3-moleculen geassocieerd met ultraviolette straling van de zon. Zonder dit beschermende schild zouden gevaarlijke stralen het aardoppervlak kunnen bereiken en alle levensvormen kunnen vernietigen.
Allotrope modificaties van zuurstof en zwavel
De chemische elementen O (zuurstof) en S (zwavel) bevinden zich in dezelfde groep van het periodiek systeem, ze worden gekenmerkt door de vorming van allotrope vormen. Van de moleculen met verschillende aantallen zwavelatomen (2, 4, 6, 8), is onder normale omstandigheden de meest stabiele S8, die qua vorm op een kroon lijkt. Rhombische en monokliene zwavel zijn opgebouwd uit zulke 8-atoommoleculen.
Bij een temperatuur van 119 °C vormt de gele monokliene vorm een bruine stroperige massa - een plastische modificatie. De studie van allotrope modificaties van zwavel en zuurstof is van groot belang in theoretische scheikunde en praktische activiteiten.
Op industriële schaal worden de oxiderende eigenschappen van verschillende vormen gebruikt. Ozon wordt gebruikt om lucht en water te desinfecteren. Maar bij concentraties boven 0,16 mg/m3 is dit gas gevaarlijk voor mens en dier. Moleculaire zuurstof is essentieel voor de ademhaling en wordt gebruikt in de industrie en de geneeskunde. Koolstofallotropen spelen een belangrijke rol in de economische activiteit.(diamant, grafiet), fosfor (wit, rood) en andere chemische elementen.
