Атоми от един и същи тип могат да бъдат част от различни вещества. За елемента, обозначен със символа "О" (от латинското наименование Oxygenium), са известни две прости вещества, често срещани в природата. Формулата на един от тях е O2, вторият е O3. Това са алотропни модификации на кислорода (алотропи). Има и други съединения, които са по-малко стабилни (O4 и O8). Сравнението на молекулите и свойствата на веществата ще помогне да се разбере разликата между тези форми.
Какви са алотропните модификации?
Много химични елементи могат да съществуват в две, три или повече форми. Всяка от тези модификации се образува от атоми от същия тип. Ученият J. Berzellius през 1841 г. е първият, който нарече подобно явление алотропия. Отворената закономерност първоначално е била използвана само за характеризиране на вещества с молекулярна структура. Например, известни са две алотропни модификации на кислорода, чиито атоми образуват молекули. По-късно изследователите открили, че модификациите могат да бъдат сред кристалите. Според съвременните схващания алотропията е един от случаите на полиморфизъм. Разликите между формите са причинени от механизмиобразуване на химична връзка в молекули и кристали. Тази характеристика се проявява главно от елементи от групи 13-16 от периодичната таблица.
Как различните комбинации от атоми влияят върху свойствата на материята?
Алотропните модификации на кислорода и озона се образуват от атоми на елемента с атомен номер 8 и същия брой електрони. Но те се различават по структура, което доведе до значително несъответствие в свойствата.
| Знаци | Кислород | Озон |
| Състав на молекулата | 2 кислородни атома | 3 кислородни атома |
| Сграда |
|
|
| Агрегирано състояние и цвят | Безцветен прозрачен газ или бледосиня течност | Син газ, синя течност, тъмно лилаво твърдо вещество |
| Мирис | Липсва | Остро, напомнящо на гръмотевична буря, прясно окосено сено |
| Точка на топене (°C) | -219 | -193 |
| Точка на кипене (°C) | -183 | -112 |
|
Плътност (g/l) |
1, 4 | 2, 1 |
| Разтворимост във вода | Леко се разтваря | По-добре от кислород |
|
Реактивност |
При нормални условиястабилна | Лесно се разлага за образуване на кислород |
Заключения въз основа на резултатите от сравнението: алотропните модификации на кислорода не се различават по своя качествен състав. Структурата на молекулата се отразява във физичните и химичните свойства на веществата.
Едни и същи ли са количествата кислород и озон в природата?
Вещество, чиято формула е O2, намиращо се в атмосферата, хидросферата, земната кора и живите организми. Около 20% от атмосферата се образува от двуатомни кислородни молекули. В стратосферата, на височина около 12-50 км от земната повърхност, има слой, наречен "озонов екран". Съставът му се отразява от формулата O3. Озонът защитава нашата планета, като интензивно поглъща опасните лъчи на червения и ултравиолетовия спектър на слънцето. Концентрацията на веществото непрекъснато се променя, а средната му стойност е ниска - 0,001%. Така O2 и O3 са алотропни кислородни модификации, които имат значителни разлики в разпределението в природата.
Как да получите кислород и озон?
Молекулният кислород е най-важното просто вещество на Земята. Образува се в зелените части на растенията на светлина по време на фотосинтезата. При електрически разряди от естествен или изкуствен произход, двуатомната кислородна молекула се разлага. Температурата, при която започва процесът е около 2000 °C. Някои от получените радикали се комбинират отново, образувайки кислород. Някои активни частици реагират с двуатомни молекуликислород. Тази реакция произвежда озон, който също реагира със свободните радикали на кислорода. Това създава двуатомни молекули. Обратимостта на реакциите води до факта, че концентрацията на атмосферния озон непрекъснато се променя. В стратосферата образуването на слой, състоящ се от O3 молекули, се свързва с ултравиолетовото лъчение от Слънцето. Без този защитен щит опасните лъчи биха могли да достигнат повърхността на Земята и да унищожат всички форми на живот.
Алотропни модификации на кислород и сяра
Химическите елементи O (Кислород) и S (Сяра) са разположени в една и съща група на периодичната таблица, те се характеризират с образуването на алотропни форми. От молекулите с различен брой серни атоми (2, 4, 6, 8) при нормални условия най-стабилен е S8, наподобяващ по форма корона. Ромбична и моноклинна сяра са изградени от такива 8-атомни молекули.
При температура от 119 °C жълтата моноклинна форма образува кафява вискозна маса - пластична модификация. Изучаването на алотропните модификации на сярата и кислорода е от голямо значение в теоретичната химия и практическите дейности.
В промишлен мащаб се използват окислителните свойства на различни форми. Озонът се използва за дезинфекция на въздух и вода. Но при концентрации над 0,16 mg/m3 този газ е опасен за хората и животните. Молекулният кислород е от съществено значение за дишането и се използва в индустрията и медицината. Въглеродните алотропи играят важна роля в икономическата дейност.(диамант, графит), фосфор (бял, червен) и други химични елементи.
