Atomi iste vrste mogu biti dio različitih tvari. Za element označen simbolom "O" (iz latinskog naziva Oxygenium) poznate su dvije jednostavne tvari uobičajene u prirodi. Formula jednog od njih je O2, drugog je O3. Ovo su alotropske modifikacije kisika (alotropi). Postoje i drugi spojevi koji su manje stabilni (O4 i O8). Usporedba molekula i svojstava tvari pomoći će razumjeti razliku između ovih oblika.
Što su alotropske modifikacije?
Mnogi kemijski elementi mogu postojati u dva, tri ili više oblika. Svaku od ovih modifikacija tvore atomi istog tipa. Znanstvenik J. Berzellius 1841. prvi je takav fenomen nazvao alotropijom. Otvorena pravilnost izvorno je korištena samo za karakterizaciju tvari molekularne strukture. Na primjer, poznate su dvije alotropske modifikacije kisika čiji atomi tvore 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 kemijske veze u molekulama i kristalima. Ova značajka se uglavnom očituje elementima grupa 13-16 periodnog sustava.
Kako različite kombinacije atoma utječu na svojstva tvari?
Alotropske modifikacije kisika i ozona tvore atomi elementa s atomskim brojem 8 i istim brojem elektrona. Ali razlikuju se po strukturi, što je dovelo do značajnog odstupanja u svojstvima.
| Znakovi | kisik | Ozon |
| Sastav molekule | 2 atoma kisika | 3 atoma kisika |
| Zgrada |
|
|
| Stanje agregata i boja | Bezbojni prozirni plin ili blijedoplava tekućina | Plavi plin, plava tekućina, tamnoljubičasta krutina |
| Miris | Nedostaje | Oštar, podsjeća na grmljavinu, svježe pokošeno sijeno |
| Točka topljenja (°C) | -219 | -193 |
| Točka vrenja (°C) | -183 | -112 |
|
Gustoća (g/l) |
1, 4 | 2, 1 |
| Topljivost u vodi | Lagano se otapa | Bolje od kisika |
| Reaktivnost | U normalnim uvjetimastabilno | Lako se razgrađuje u kisik |
Zaključci temeljeni na rezultatima usporedbe: alotropske modifikacije kisika ne razlikuju se po svom kvalitativnom sastavu. Struktura molekule odražava se u fizičkim i kemijskim svojstvima tvari.
Jesu li količine kisika i ozona iste u prirodi?
Tvar čija je formula O2, nalazi se u atmosferi, hidrosferi, zemljinoj kori i živim organizmima. Oko 20% atmosfere tvore dvoatomne molekule kisika. U stratosferi, na nadmorskoj visini od oko 12-50 km od površine zemlje, nalazi se sloj koji se naziva „ozonski zaslon“. Njegov sastav odražava formula O3. Ozon štiti naš planet intenzivno upijajući opasne zrake crvenog i ultraljubičastog spektra sunca. Koncentracija tvari se stalno mijenja, a njezina prosječna vrijednost je niska - 0,001%. Dakle, O2 i O3 su alotropske modifikacije kisika koje imaju značajne razlike u distribuciji u prirodi.
Kako do kisika i ozona?
Molekularni kisik je najvažnija jednostavna tvar na Zemlji. Nastaje u zelenim dijelovima biljaka na svjetlu tijekom fotosinteze. S električnim pražnjenjima prirodnog ili umjetnog podrijetla, dvoatomska molekula kisika se razgrađuje. Temperatura na kojoj počinje proces je oko 2000 °C. Neki od nastalih radikala ponovno se spajaju, tvoreći kisik. Neke aktivne čestice reagiraju s dvoatomskim molekulamakisik. Ova reakcija proizvodi ozon, koji također reagira sa slobodnim radikalima kisika. To stvara dvoatomske molekule. Reverzibilnost reakcija dovodi do činjenice da se koncentracija atmosferskog ozona stalno mijenja. U stratosferi je stvaranje sloja koji se sastoji od O3 molekula povezano s ultraljubičastim zračenjem Sunca. Bez ovog zaštitnog štita, opasne zrake mogle bi doći do površine Zemlje i uništiti sve oblike života.
Alotropske modifikacije kisika i sumpora
Kemijski elementi O (kisik) i S (sumpor) nalaze se u istoj skupini periodnog sustava, karakterizira ih stvaranje alotropnih oblika. Od molekula s različitim brojem atoma sumpora (2, 4, 6, 8), u normalnim uvjetima, najstabilniji je S8, koji po obliku podsjeća na krunu. Rombički i monoklinski sumpor izgrađeni su od takvih 8-atomskih molekula.
Na temperaturi od 119 °C, žuti monoklinski oblik tvori smeđu viskoznu masu - plastičnu modifikaciju. Proučavanje alotropskih modifikacija sumpora i kisika od velike je važnosti u teorijskoj kemiji i praktičnim aktivnostima.
U industrijskim razmjerima koriste se oksidirajuća svojstva različitih oblika. Ozon se koristi za dezinfekciju zraka i vode. Ali pri koncentracijama iznad 0,16 mg/m3, ovaj plin je opasan za ljude i životinje. Molekularni kisik je neophodan za disanje i koristi se u industriji i medicini. Alotropi ugljika igraju važnu ulogu u gospodarskoj aktivnosti.(dijamant, grafit), fosfor (bijeli, crveni) i drugi kemijski elementi.
