Atomi iste vrste so lahko del različnih snovi. Za element, označen s simbolom "O" (iz latinskega imena Oxygenium), sta znani dve preprosti snovi, ki sta v naravi pogosti. Formula enega od njih je O2, drugega je O3. To so alotropne modifikacije kisika (alotropi). Obstajajo tudi druge spojine, ki so manj stabilne (O4 in O8). Primerjava molekul in lastnosti snovi bo pomagala razumeti razliko med temi oblikami.
Kaj so alotropne modifikacije?
Veliko kemičnih elementov lahko obstaja v dveh, treh ali več oblikah. Vsako od teh modifikacij tvorijo atomi istega tipa. Znanstvenik J. Berzellius je leta 1841 prvi tak pojav poimenoval alotropija. Odprta pravilnost je bila prvotno uporabljena samo za karakterizacijo snovi molekularne strukture. Znani sta na primer dve alotropni modifikaciji kisika, katerih atomi tvorijo molekule. Kasneje so raziskovalci ugotovili, da so lahko modifikacije med kristali. Po sodobnih konceptih je alotropija eden od primerov polimorfizma. Razlike med oblikami povzročajo mehanizmitvorba kemične vezi v molekulah in kristalih. Ta lastnost se kaže predvsem v elementih skupin 13-16 periodnega sistema.
Kako različne kombinacije atomov vplivajo na lastnosti snovi?
Alotropne modifikacije kisika in ozona tvorijo atomi elementa z atomsko številko 8 in enakim številom elektronov. Vendar se razlikujejo po strukturi, kar je privedlo do znatnega neskladja v lastnostih.
| znaki | kisik | ozon |
| Sestava molekule | 2 atoma kisika | 3 atomi kisika |
| zgradba |
|
|
| Agregatno stanje in barva | Brezbarven prozoren plin ali bledo modra tekočina | Modri plin, modra tekočina, temno vijolična trdna snov |
| vonj | manjka | Ostro, ki spominja na nevihto, sveže pokošeno seno |
| Tališče (°C) | -219 | -193 |
| Vrelišče (°C) | -183 | -112 |
|
Gostota (g/l) |
1, 4 | 2, 1 |
| topnost v vodi | Rahlo se raztopi | Bolje od kisika |
| Reaktivnost | V normalnih pogojihstabilno | Preprosto se razgradi v kisik |
Sklepi na podlagi rezultatov primerjave: alotropne modifikacije kisika se po kvalitativni sestavi ne razlikujejo. Struktura molekule se odraža v fizikalnih in kemijskih lastnostih snovi.
Ali sta količine kisika in ozona v naravi enake?
Snov, katere formula je O2, najdemo jo v atmosferi, hidrosferi, zemeljski skorji in živih organizmih. Približno 20 % atmosfere tvorijo dvoatomne molekule kisika. V stratosferi, na nadmorski višini približno 12-50 km od zemeljske površine, je plast, imenovana "ozonski zaslon". Njegovo sestavo odraža formula O3. Ozon ščiti naš planet tako, da intenzivno absorbira nevarne žarke rdečega in ultravijoličnega spektra sonca. Koncentracija snovi se nenehno spreminja, njena povprečna vrednost pa je nizka - 0,001%. Tako sta O2 in O3 alotropne modifikacije kisika, ki imata pomembne razlike v porazdelitvi v naravi.
Kako do kisika in ozona?
Molekularni kisik je najpomembnejša preprosta snov na Zemlji. Nastaja v zelenih delih rastlin na svetlobi med fotosintezo. Pri električnih razelektritvah naravnega ali umetnega izvora se dvoatomska molekula kisika razgradi. Temperatura, pri kateri se proces začne, je približno 2000 °C. Nekateri od nastalih radikalov se ponovno združijo in tvorijo kisik. Nekateri aktivni delci reagirajo z dvoatomskimi molekulamikisik. Ta reakcija proizvaja ozon, ki reagira tudi s prostimi radikali kisika. Tako nastanejo dvoatomske molekule. Reverzibilnost reakcij vodi v dejstvo, da se koncentracija atmosferskega ozona nenehno spreminja. V stratosferi je nastanek plasti, sestavljene iz O3 molekul, povezan z ultravijoličnim sevanjem Sonca. Brez tega zaščitnega ščita bi lahko nevarni žarki dosegli površje Zemlje in uničili vse oblike življenja.
Alotropne modifikacije kisika in žvepla
Kemična elementa O (kisik) in S (žveplo) se nahajata v isti skupini periodnega sistema, zanje je značilna tvorba alotropnih oblik. Od molekul z različnim številom žveplovih atomov (2, 4, 6, 8) je v normalnih pogojih najbolj stabilen S8, ki po obliki spominja na krono. Rombično in monoklinično žveplo sta zgrajena iz takšnih 8-atomskih molekul.
Pri temperaturi 119 °C rumena monoklinska oblika tvori rjavo viskozno maso - plastično modifikacijo. Preučevanje alotropnih modifikacij žvepla in kisika je velikega pomena v teoretični kemiji in praktičnih dejavnostih.
V industrijskem obsegu se uporabljajo oksidacijske lastnosti različnih oblik. Ozon se uporablja za dezinfekcijo zraka in vode. Toda pri koncentracijah nad 0,16 mg/m3 je ta plin nevaren za ljudi in živali. Molekularni kisik je nujen za dihanje in se uporablja v industriji in medicini. Ogljikovi alotropi igrajo pomembno vlogo v gospodarski dejavnosti.(diamant, grafit), fosfor (bel, rdeč) in drugi kemični elementi.
