Az azonos típusú atomok különböző anyagok részei lehetnek. Az "O" szimbólummal jelölt elemre (a latin Oxygenium névből) két egyszerű, a természetben elterjedt anyag ismert. Az egyik képlete O2, a második az O3. Ezek az oxigén allotróp módosulatai (allotrópok). Vannak más vegyületek is, amelyek kevésbé stabilak (O4 és O8). Az anyagok molekuláinak és tulajdonságainak összehasonlítása segít megérteni e formák közötti különbséget.
Mik azok az allotróp módosítások?
Sok kémiai elem két, három vagy több formában létezhet. Ezen módosítások mindegyikét azonos típusú atomok alkotják. J. Berzellius tudós volt az első, aki 1841-ben allotrópiának nevezte ezt a jelenséget. A nyílt szabályszerűséget eredetileg csak molekulaszerkezetű anyagok jellemzésére használták. Például az oxigén két allotróp módosulata ismert, amelyek atomjai molekulákat alkotnak. Később a kutatók azt találták, hogy a kristályok között lehetnek módosítások. A modern fogalmak szerint az allotrópia a polimorfizmus egyik esete. A formák közötti különbségeket a mechanizmusok okozzákkémiai kötés kialakulása molekulákban és kristályokban. Ez a jellemző elsősorban a periódusos rendszer 13-16. csoportjának elemeiben nyilvánul meg.
Hogyan befolyásolják az atomok különböző kombinációi az anyag tulajdonságait?
Az oxigén és az ózon allotróp módosulatait az elem 8-as rendszámú atomjai és ugyanannyi elektronok alkotják. De szerkezetükben különböznek, ami jelentős eltérésekhez vezetett a tulajdonságokban.
| Jelek | Oxigén | Ózon |
| A molekula összetétele | 2 oxigénatom | 3 oxigénatom |
| Épület |
|
|
| Összesített állapot és szín | Színtelen átlátszó gáz vagy halványkék folyadék | Kék gáz, kék folyadék, sötétlila szilárd anyag |
| Szag | Hiányzó | Éles, zivatarra emlékeztető, frissen vágott széna |
| Olvadáspont (°C) | -219 | -193 |
| Forráspont (°C) | -183 | -112 |
|
Sűrűség (g/l) |
1, 4 | 2, 1 |
| Vízben való oldhatóság | Kissé oldódik | Jobb, mint az oxigén |
| Reaktivitás | Normál körülmények közöttstabil | Könnyen lebomlik oxigénné |
Következtetések az összehasonlítás eredményei alapján: az oxigén allotróp módosulatai nem különböznek minőségi összetételükben. A molekulák szerkezete tükröződik az anyagok fizikai és kémiai tulajdonságaiban.
A természetben azonos az oxigén és az ózon mennyisége?
O2 képletű anyag, megtalálható a légkörben, a hidroszférában, a földkéregben és az élő szervezetekben. A légkör körülbelül 20%-át kétatomos oxigénmolekulák alkotják. A sztratoszférában, a földfelszíntől mintegy 12-50 km-es magasságban található az „ózonernyőnek” nevezett réteg. Összetételét az O3 képlet tükrözi. Az ózon úgy védi bolygónkat, hogy intenzíven elnyeli a nap vörös és ultraibolya spektrumának veszélyes sugarait. Egy anyag koncentrációja folyamatosan változik, átlagos értéke alacsony - 0,001%. Így az O2 és az O3 allotróp oxigénmódosulások, amelyek jelentős eltéréseket mutatnak a természetben való eloszlásban.
Hogyan juthatunk oxigénhez és ózonhoz?
A molekuláris oxigén a legfontosabb egyszerű anyag a Földön. A fotoszintézis során fény hatására a növények zöld részeiben képződik. Természetes vagy mesterséges eredetű elektromos kisülésekkel a kétatomos oxigénmolekula lebomlik. A hőmérséklet, amelyen a folyamat elindul, körülbelül 2000 °C. A keletkező gyökök egy része ismét egyesül, oxigént képezve. Egyes aktív részecskék reakcióba lépnek kétatomos molekulákkaloxigén. Ez a reakció ózont termel, amely az oxigén szabad gyökeivel is reagál. Ez kétatomos molekulákat hoz létre. A reakciók reverzibilitása ahhoz vezet, hogy a légköri ózon koncentrációja folyamatosan változik. A sztratoszférában az O3 molekulákból álló réteg kialakulása a Nap ultraibolya sugárzásával függ össze. E védőpajzs nélkül a veszélyes sugarak elérhetik a Föld felszínét, és elpusztíthatják az összes életformát.
Az oxigén és a kén allotróp módosulásai
Az O (Oxygenium) és S (Kén) kémiai elemek a periódusos rendszer azonos csoportjában helyezkednek el, jellemzőjük az allotróp formák kialakulása. A különböző számú (2, 4, 6, 8) kénatomot tartalmazó molekulák közül normál körülmények között a legstabilabb a koronára emlékeztető S8. A rombos és monoklin kén ilyen 8 atomos molekulákból épül fel.
119 °C hőmérsékleten a sárga monoklin forma barna viszkózus masszát képez - plasztikus módosulat. A kén és oxigén allotróp módosulatainak vizsgálata nagy jelentőséggel bír az elméleti kémiában és a gyakorlati tevékenységekben.
Ipari méretekben különféle formák oxidáló tulajdonságait használják fel. Az ózont a levegő és a víz fertőtlenítésére használják. De 0,16 mg/m3 feletti koncentrációban ez a gáz veszélyes az emberekre és az állatokra. A molekuláris oxigén nélkülözhetetlen a légzéshez, az iparban és az orvostudományban használják. A szén-allotrópok fontos szerepet játszanak a gazdasági tevékenységben.(gyémánt, grafit), foszfor (fehér, vörös) és egyéb kémiai elemek.
