Atomi iste vrste mogu biti dio različitih supstanci. Za element označen simbolom "O" (od latinskog naziva Oxygenium), poznate su dvije jednostavne tvari uobičajene u prirodi. Formula jednog od njih je O2, drugog je O3. Ovo su alotropske modifikacije kiseonika (alotropi). Postoje i druga jedinjenja koja su manje stabilna (O4 i O8). Poređenje molekula i svojstava supstanci pomoći će da se shvati razlika između ovih oblika.
Šta su alotropske modifikacije?
Mnogi hemijski elementi mogu postojati u dva, tri ili više oblika. Svaku od ovih modifikacija formiraju atomi istog tipa. Naučnik J. Berzellius je 1841. godine prvi nazvao takav fenomen alotropijom. Otvorena pravilnost prvobitno je korištena samo za karakterizaciju tvari molekularne strukture. Na primjer, poznate su dvije alotropske modifikacije kisika čiji atomi formiraju molekule. Kasnije su istraživači otkrili da modifikacije mogu biti među kristalima. Prema modernim konceptima, alotropija je jedan od slučajeva polimorfizma. Razlike između oblika uzrokovane su mehanizmimastvaranje hemijske veze u molekulima i kristalima. Ova karakteristika se uglavnom manifestuje elementima grupa 13-16 periodnog sistema.
Kako različite kombinacije atoma utiču na svojstva materije?
Alotropske modifikacije kiseonika i ozona formiraju atomi elementa sa atomskim brojem 8 i istim brojem elektrona. Ali se razlikuju po strukturi, što je dovelo do značajnog odstupanja u svojstvima.
| Znakovi | Oxygen | Ozon |
| Sastav molekula | 2 atoma kiseonika | 3 atoma kiseonika |
| Zgrada |
|
|
| Agregatno stanje i boja | Bezbojni prozirni plin ili blijedoplava tečnost | Plavi gas, plava tečnost, tamno ljubičasta čvrsta materija |
| Miris | Nedostaje | Oštar, podsjeća na grmljavinu, svježe pokošeno sijeno |
| Tačka topljenja (°C) | -219 | -193 |
| Tačka ključanja (°C) | -183 | -112 |
|
Gustina (g/l) |
1, 4 | 2, 1 |
| Rastvorljivost u vodi | Lagano se otapa | Bolje od kiseonika |
| Reaktivnost | Pod normalnim uslovimastabilno | Lako se razlaže u kiseonik |
Zaključci na osnovu rezultata poređenja: alotropske modifikacije kiseonika se ne razlikuju po svom kvalitativnom sastavu. Struktura molekula se ogleda u fizičkim i hemijskim svojstvima supstanci.
Da li su količine kiseonika i ozona iste u prirodi?
Supstanca čija je formula O2, nalazi se u atmosferi, hidrosferi, zemljinoj kori i živim organizmima. Oko 20% atmosfere formiraju dvoatomne molekule kiseonika. U stratosferi, na nadmorskoj visini od oko 12-50 km od površine zemlje, nalazi se sloj koji se naziva „ozonski ekran“. Njegov sastav se ogleda u formuli O3. Ozon štiti našu planetu intenzivno apsorbirajući opasne zrake crvenog i ultraljubičastog spektra sunca. Koncentracija supstance se stalno menja, a njena prosečna vrednost je niska - 0,001%. Dakle, O2 i O3 su alotropske modifikacije kiseonika koje imaju značajne razlike u distribuciji u prirodi.
Kako do kiseonika i ozona?
Molekularni kiseonik je najvažnija jednostavna supstanca na Zemlji. Nastaje u zelenim dijelovima biljaka na svjetlu tokom fotosinteze. S električnim pražnjenjima prirodnog ili umjetnog porijekla, dvoatomski molekul kisika se razgrađuje. Temperatura na kojoj počinje proces je oko 2000 °C. Neki od rezultujućih radikala se ponovo spajaju, formirajući kiseonik. Neke aktivne čestice reagiraju s dvoatomskim molekulamakiseonik. Ova reakcija proizvodi ozon, koji također reagira sa slobodnim radikalima kisika. Ovo stvara dvoatomske molekule. Reverzibilnost reakcija dovodi do činjenice da se koncentracija atmosferskog ozona stalno mijenja. U stratosferi je formiranje sloja koji se sastoji od O3 molekula povezano sa ultraljubičastim zračenjem Sunca. Bez ovog zaštitnog štita, opasni zraci bi mogli doprijeti do površine Zemlje i uništiti sve oblike života.
Alotropske modifikacije kiseonika i sumpora
Hemijski elementi O (Oxygenium) i S (Sumpor) nalaze se u istoj grupi periodnog sistema, karakteriše ih formiranje alotropnih oblika. Od molekula sa različitim brojem atoma sumpora (2, 4, 6, 8), u normalnim uslovima, najstabilniji je S8, koji po obliku podseća na krunu. Rombički i monoklinski sumpor su izgrađeni od takvih 8-atomskih molekula.
Na temperaturi od 119 °C, žuti monoklinski oblik formira smeđu viskoznu masu - plastičnu modifikaciju. Proučavanje alotropskih modifikacija sumpora i kiseonika je od velike važnosti u teorijskoj hemiji i praktičnim aktivnostima.
U industrijskoj skali koriste se oksidirajuća svojstva različitih oblika. Ozon se koristi za dezinfekciju vazduha i vode. Ali u koncentracijama iznad 0,16 mg/m3, ovaj plin je opasan za ljude i životinje. Molekularni kiseonik je neophodan za disanje i koristi se u industriji i medicini. Alotropi ugljenika igraju važnu ulogu u ekonomskoj aktivnosti.(dijamant, grafit), fosfor (bijeli, crveni) i drugi hemijski elementi.
