Gli atomi dello stesso tipo possono far parte di sostanze diverse. Per l'elemento indicato con il simbolo "O" (dal nome latino Oxygenium) si conoscono due semplici sostanze comuni in natura. La formula di uno di essi è O2, il secondo è O3. Queste sono modificazioni allotropiche dell'ossigeno (allotropi). Ci sono altri composti meno stabili (O4 e O8). Il confronto delle molecole e delle proprietà delle sostanze aiuterà a capire la differenza tra queste forme.
Cosa sono le modifiche allotropiche?
Molti elementi chimici possono esistere in due, tre o più forme. Ognuna di queste modifiche è formata da atomi dello stesso tipo. Lo scienziato J. Berzellius nel 1841 fu il primo a chiamare un tale fenomeno allotropia. La regolarità aperta era originariamente utilizzata solo per caratterizzare sostanze a struttura molecolare. Ad esempio, sono note due modificazioni allotropiche dell'ossigeno, i cui atomi formano molecole. Successivamente, i ricercatori hanno scoperto che le modifiche possono essere tra i cristalli. Secondo i concetti moderni, l'allotropia è uno dei casi di polimorfismo. Le differenze tra le forme sono causate da meccanismiformazione di un legame chimico in molecole e cristalli. Questa caratteristica si manifesta principalmente con gli elementi dei gruppi 13-16 della tavola periodica.
In che modo le diverse combinazioni di atomi influenzano le proprietà della materia?
Le modificazioni allotropiche dell'ossigeno e dell'ozono sono formate da atomi dell'elemento con numero atomico 8 e lo stesso numero di elettroni. Ma differiscono nella struttura, il che ha portato a una significativa discrepanza nelle proprietà.
| Segni | Ossigeno | Ozono |
| Composizione della molecola | 2 atomi di ossigeno | 3 atomi di ossigeno |
| Edificio |
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| Stato aggregato e colore | Gas trasparente incolore o liquido blu pallido | Gas blu, liquido blu, solido viola scuro |
| Odore | Mancante | Acuminata, che ricorda un temporale, fieno appena tagliato |
| Punto di fusione (°C) | -219 | -193 |
| Punto di ebollizione (°C) | -183 | -112 |
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Densità (g/l) |
1, 4 | 2, 1 |
| Idrosolubilità | Si dissolve leggermente | Meglio dell'ossigeno |
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Reattività |
In condizioni normalistabile | Si decompone facilmente per formare ossigeno |
Conclusioni basate sui risultati del confronto: le modificazioni allotropiche dell'ossigeno non differiscono nella loro composizione qualitativa. La struttura di una molecola si riflette nelle proprietà fisiche e chimiche delle sostanze.
Le quantità di ossigeno e ozono sono le stesse in natura?
Sostanza la cui formula è O2, che si trova nell'atmosfera, nell'idrosfera, nella crosta terrestre e negli organismi viventi. Circa il 20% dell'atmosfera è formato da molecole di ossigeno biatomico. Nella stratosfera, ad un' altitudine di circa 12-50 km dalla superficie terrestre, si trova uno strato chiamato "schermo di ozono". La sua composizione è riflessa dalla formula O3. L'ozono protegge il nostro pianeta assorbendo intensamente i pericolosi raggi dello spettro rosso e ultravioletto del sole. La concentrazione di una sostanza è in continua evoluzione e il suo valore medio è basso - 0,001%. Pertanto, O2 e O3 sono modificazioni allotropiche dell'ossigeno che presentano differenze significative nella distribuzione in natura.
Come ottenere ossigeno e ozono?
L'ossigeno molecolare è la sostanza semplice più importante sulla Terra. Si forma nelle parti verdi delle piante alla luce durante la fotosintesi. Con scariche elettriche di origine naturale o artificiale, la molecola di ossigeno biatomico si decompone. La temperatura alla quale inizia il processo è di circa 2000 °C. Alcuni dei radicali risultanti si combinano di nuovo, formando ossigeno. Alcune particelle attive reagiscono con le molecole biatomicheossigeno. Questa reazione produce ozono, che reagisce anche con i radicali liberi dell'ossigeno. Questo crea molecole biatomiche. La reversibilità delle reazioni porta al fatto che la concentrazione di ozono atmosferico è in continua evoluzione. Nella stratosfera, la formazione di uno strato costituito da O3 molecole è associata alla radiazione ultravioletta del Sole. Senza questo scudo protettivo, raggi pericolosi potrebbero raggiungere la superficie della Terra e distruggere tutte le forme di vita.
Modifiche allotropiche di ossigeno e zolfo
Gli elementi chimici O (Ossigenio) e S (Zolfo) si trovano nello stesso gruppo della tavola periodica, sono caratterizzati dalla formazione di forme allotropiche. Delle molecole con diversi numeri di atomi di zolfo (2, 4, 6, 8), in condizioni normali, la più stabile è S8, a forma di corona. Lo zolfo rombico e monoclino è costituito da tali molecole di 8 atomi.
A una temperatura di 119 °C, la forma monoclina gialla forma una massa viscosa marrone - una modifica plastica. Lo studio delle modificazioni allotropiche dello zolfo e dell'ossigeno è di grande importanza nella chimica teorica e nelle attività pratiche.
Su scala industriale vengono utilizzate le proprietà ossidanti di varie forme. L'ozono viene utilizzato per disinfettare l'aria e l'acqua. Ma a concentrazioni superiori a 0,16 mg/m3, questo gas è pericoloso per l'uomo e gli animali. L'ossigeno molecolare è essenziale per la respirazione e viene utilizzato nell'industria e nella medicina. Gli allotropi del carbonio svolgono un ruolo importante nell'attività economica.(diamante, grafite), fosforo (bianco, rosso) e altri elementi chimici.
