Τα άτομα του ίδιου τύπου μπορεί να αποτελούν μέρος διαφορετικών ουσιών. Για το στοιχείο που συμβολίζεται με το σύμβολο "O" (από τη λατινική ονομασία Oxygenium), είναι γνωστές δύο απλές ουσίες κοινές στη φύση. Ο τύπος ενός από αυτούς είναι O2, ο δεύτερος είναι O3. Αυτές είναι αλλοτροπικές τροποποιήσεις του οξυγόνου (αλλοτρόπα). Υπάρχουν άλλες ενώσεις που είναι λιγότερο σταθερές (O4 και O8). Η σύγκριση των μορίων και των ιδιοτήτων των ουσιών θα βοηθήσει στην κατανόηση της διαφοράς μεταξύ αυτών των μορφών.
Τι είναι οι αλλοτροπικές τροποποιήσεις;
Πολλά χημικά στοιχεία μπορούν να υπάρχουν σε δύο, τρεις ή περισσότερες μορφές. Κάθε μία από αυτές τις τροποποιήσεις σχηματίζεται από άτομα του ίδιου τύπου. Ο επιστήμονας J. Berzellius το 1841 ήταν ο πρώτος που ονόμασε ένα τέτοιο φαινόμενο αλλοτροπία. Η ανοιχτή κανονικότητα αρχικά χρησιμοποιήθηκε μόνο για τον χαρακτηρισμό ουσιών μοριακής δομής. Για παράδειγμα, είναι γνωστές δύο αλλοτροπικές τροποποιήσεις του οξυγόνου, τα άτομα των οποίων σχηματίζουν μόρια. Αργότερα, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι τροποποιήσεις μπορεί να είναι μεταξύ των κρυστάλλων. Σύμφωνα με τις σύγχρονες αντιλήψεις, η αλλοτροπία είναι μία από τις περιπτώσεις πολυμορφισμού. Οι διαφορές μεταξύ των μορφών προκαλούνται από μηχανισμούςσχηματισμός χημικού δεσμού σε μόρια και κρυστάλλους. Αυτό το χαρακτηριστικό εκδηλώνεται κυρίως από στοιχεία των ομάδων 13-16 του περιοδικού πίνακα.
Πώς οι διαφορετικοί συνδυασμοί ατόμων επηρεάζουν τις ιδιότητες της ύλης;
Οι αλλοτροπικές τροποποιήσεις του οξυγόνου και του όζοντος σχηματίζονται από άτομα του στοιχείου με ατομικό αριθμό 8 και τον ίδιο αριθμό ηλεκτρονίων. Αλλά διαφέρουν ως προς τη δομή, γεγονός που οδήγησε σε σημαντική διαφορά στις ιδιότητες.
| Σήματα | Οξυγόνο | Όζον |
| Σύνθεση του μορίου | 2 άτομα οξυγόνου | 3 άτομα οξυγόνου |
| Κτίριο |
|
|
| Συναθροιστική κατάσταση και χρώμα | Άχρωμο διαφανές αέριο ή απαλό μπλε υγρό | Μπλε αέριο, μπλε υγρό, σκούρο μωβ στερεό |
| Smell | Λείπει | Αιχμηρό, που θυμίζει καταιγίδα, φρεσκοκομμένο σανό |
| Σημείο τήξεως (°C) | -219 | -193 |
| Σημείο βρασμού (°C) | -183 | -112 |
|
Πυκνότητα (g/l) |
1, 4 | 2, 1 |
| υδατοδιαλυτότητα | Διαλύεται ελαφρώς | Καλύτερα από το οξυγόνο |
| Αντιδραστικότητα | Υπό κανονικές συνθήκεςσταθερό | Διασπάται εύκολα για να σχηματίσει οξυγόνο |
Συμπεράσματα με βάση τα αποτελέσματα της σύγκρισης: οι αλλοτροπικές τροποποιήσεις του οξυγόνου δεν διαφέρουν στην ποιοτική τους σύνθεση. Η δομή ενός μορίου αντανακλάται στις φυσικές και χημικές ιδιότητες των ουσιών.
Είναι οι ποσότητες οξυγόνου και όζοντος ίδιες στη φύση;
Ουσία της οποίας ο τύπος είναι O2, βρίσκεται στην ατμόσφαιρα, την υδρόσφαιρα, τον φλοιό της γης και τους ζωντανούς οργανισμούς. Περίπου το 20% της ατμόσφαιρας σχηματίζεται από διατομικά μόρια οξυγόνου. Στη στρατόσφαιρα, σε υψόμετρο περίπου 12-50 km από την επιφάνεια της γης, υπάρχει ένα στρώμα που ονομάζεται «οθόνη του όζοντος». Η σύνθεσή του αντικατοπτρίζεται από τον τύπο O3. Το όζον προστατεύει τον πλανήτη μας απορροφώντας έντονα τις επικίνδυνες ακτίνες του κόκκινου και υπεριώδους φάσματος του ήλιου. Η συγκέντρωση μιας ουσίας αλλάζει συνεχώς και η μέση τιμή της είναι χαμηλή - 0,001%. Έτσι, το O2 και το O3 είναι αλλοτροπικές τροποποιήσεις οξυγόνου που έχουν σημαντικές διαφορές στην κατανομή στη φύση.
Πώς να αποκτήσετε οξυγόνο και όζον;
Το μοριακό οξυγόνο είναι η πιο σημαντική απλή ουσία στη Γη. Σχηματίζεται στα πράσινα μέρη των φυτών στο φως κατά τη φωτοσύνθεση. Με ηλεκτρικές εκκενώσεις φυσικής ή τεχνητής προέλευσης, το διατομικό μόριο οξυγόνου αποσυντίθεται. Η θερμοκρασία στην οποία ξεκινά η διαδικασία είναι περίπου 2000 °C. Μερικές από τις προκύπτουσες ρίζες συνδυάζονται ξανά, σχηματίζοντας οξυγόνο. Ορισμένα ενεργά σωματίδια αντιδρούν με διατομικά μόριαοξυγόνο. Αυτή η αντίδραση παράγει όζον, το οποίο επίσης αντιδρά με τις ελεύθερες ρίζες οξυγόνου. Αυτό δημιουργεί διατομικά μόρια. Η αναστρεψιμότητα των αντιδράσεων οδηγεί στο γεγονός ότι η συγκέντρωση του ατμοσφαιρικού όζοντος αλλάζει συνεχώς. Στη στρατόσφαιρα, ο σχηματισμός ενός στρώματος που αποτελείται από μόρια O3 σχετίζεται με την υπεριώδη ακτινοβολία από τον Ήλιο. Χωρίς αυτήν την προστατευτική ασπίδα, οι επικίνδυνες ακτίνες θα μπορούσαν να φτάσουν στην επιφάνεια της Γης και να καταστρέψουν όλες τις μορφές ζωής.
Αλλοτροπικές τροποποιήσεις οξυγόνου και θείου
Τα χημικά στοιχεία O (Οξυγόνο) και S (Θείο) βρίσκονται στην ίδια ομάδα του περιοδικού πίνακα, χαρακτηρίζονται από το σχηματισμό αλλοτροπικών μορφών. Από τα μόρια με διαφορετικούς αριθμούς ατόμων θείου (2, 4, 6, 8), υπό κανονικές συνθήκες, το πιο σταθερό είναι το S8, που μοιάζει με κορώνα σε σχήμα. Το ρομβικό και το μονοκλινικό θείο κατασκευάζονται από τέτοια μόρια 8 ατόμων.
Σε θερμοκρασία 119 °C, η κίτρινη μονοκλινική μορφή σχηματίζει μια καφέ παχύρρευστη μάζα - μια πλαστική τροποποίηση. Η μελέτη των αλλοτροπικών τροποποιήσεων του θείου και του οξυγόνου έχει μεγάλη σημασία στη θεωρητική χημεία και στις πρακτικές δραστηριότητες.
Σε βιομηχανική κλίμακα, χρησιμοποιούνται οι οξειδωτικές ιδιότητες διαφόρων μορφών. Το όζον χρησιμοποιείται για την απολύμανση του αέρα και του νερού. Αλλά σε συγκεντρώσεις πάνω από 0,16 mg/m3, αυτό το αέριο είναι επικίνδυνο για ανθρώπους και ζώα. Το μοριακό οξυγόνο είναι απαραίτητο για την αναπνοή και χρησιμοποιείται στη βιομηχανία και την ιατρική. Τα αλλότροπα άνθρακα διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην οικονομική δραστηριότητα.(διαμάντι, γραφίτης), φώσφορος (λευκό, κόκκινο) και άλλα χημικά στοιχεία.
