Atome derselben Art können Teil verschiedener Substanzen sein. Für das mit dem Symbol „O“(vom lateinischen Namen Oxygenium) bezeichnete Element sind zwei einfache, in der Natur vorkommende Substanzen bekannt. Die Formel von einem von ihnen ist O2, , das zweite ist O3. Dies sind allotrope Modifikationen des Sauerstoffs (Allotrope). Es gibt andere Verbindungen, die weniger stabil sind (O4 und O8). Der Vergleich von Molekülen und Eigenschaften von Substanzen hilft, den Unterschied zwischen diesen Formen zu verstehen.
Was sind allotrope Modifikationen?
Viele chemische Elemente können in zwei, drei oder mehr Formen vorkommen. Jede dieser Modifikationen wird von gleichartigen Atomen gebildet. Der Wissenschaftler J. Berzellius nannte 1841 als erster ein solches Phänomen Allotropie. Die offene Regelmäßigkeit wurde ursprünglich nur zur Charakterisierung von Substanzen mit molekularer Struktur verwendet. Beispielsweise sind zwei allotrope Modifikationen von Sauerstoff bekannt, deren Atome Moleküle bilden. Später fanden die Forscher heraus, dass Modifikationen unter den Kristallen sein können. Nach modernen Konzepten ist Allotropie einer der Fälle von Polymorphismus. Unterschiede zwischen Formen werden durch Mechanismen verursachtBildung einer chemischen Bindung in Molekülen und Kristallen. Dieses Merkmal wird hauptsächlich durch Elemente der Gruppen 13-16 des Periodensystems manifestiert.
Wie beeinflussen verschiedene Atomkombinationen die Eigenschaften von Materie?
Allotrope Modifikationen von Sauerstoff und Ozon werden von Atomen des Elements mit der Ordnungszahl 8 und der gleichen Anzahl von Elektronen gebildet. Sie unterscheiden sich jedoch in der Struktur, was zu einer erheblichen Diskrepanz in den Eigenschaften führte.
| Zeichen | Sauerstoff | Ozon |
| Zusammensetzung des Moleküls | 2 Sauerstoffatome | 3 Sauerstoffatome |
| Gebäude |
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| Aggregatzustand und Farbe | Farbloses transparentes Gas oder hellblaue Flüssigkeit | Blaues Gas, blaue Flüssigkeit, dunkelvioletter Feststoff |
| Geruch | Fehlt | Scharf, erinnert an ein Gewitter, frisch geschnittenes Heu |
| Schmelzpunkt (°C) | -219 | -193 |
| Siedepunkt (°C) | -183 | -112 |
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Dichte (g/l) |
1, 4 | 2, 1 |
| Wasserlöslichkeit | Löst sich leicht auf | Besser als Sauerstoff |
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Reaktivität |
Unter normalen Bedingungenstabil | Zersetzt sich leicht zu Sauerstoff |
Schlussfolgerungen aus den Vergleichsergebnissen: Allotrope Modifikationen des Sauerstoffs unterscheiden sich nicht in ihrer qualitativen Zusammensetzung. Die Struktur eines Moleküls spiegelt sich in den physikalischen und chemischen Eigenschaften von Substanzen wider.
Sind die Mengen an Sauerstoff und Ozon in der Natur gleich?
Substanz mit der Formel O2, die in der Atmosphäre, der Hydrosphäre, der Erdkruste und lebenden Organismen vorkommt. Etwa 20 % der Atmosphäre besteht aus zweiatomigen Sauerstoffmolekülen. In der Stratosphäre, in einer Höhe von etwa 12-50 km über der Erdoberfläche, befindet sich eine Schicht, die als "Ozonschirm" bezeichnet wird. Seine Zusammensetzung spiegelt sich in der Formel O3 wider. Ozon schützt unseren Planeten, indem es die gefährlichen Strahlen des roten und ultravioletten Spektrums der Sonne intensiv absorbiert. Die Konzentration einer Substanz ändert sich ständig und ihr Durchschnittswert ist niedrig - 0,001%. Somit sind O2 und O3 allotrope Sauerstoffmodifikationen, die signifikante Unterschiede in der Verteilung in der Natur aufweisen.
Wie bekomme ich Sauerstoff und Ozon?
Molekularer Sauerstoff ist die wichtigste einfache Substanz auf der Erde. Es wird in den grünen Pflanzenteilen im Licht während der Photosynthese gebildet. Bei elektrischen Entladungen natürlichen oder künstlichen Ursprungs zerfällt das zweiatomige Sauerstoffmolekül. Die Temperatur, bei der der Prozess beginnt, liegt bei etwa 2000 °C. Einige der entstehenden Radikale verbinden sich wieder und bilden Sauerstoff. Einige aktive Teilchen reagieren mit zweiatomigen MolekülenSauerstoff. Diese Reaktion erzeugt Ozon, das auch mit freien Sauerstoffradikalen reagiert. Dadurch entstehen zweiatomige Moleküle. Die Reversibilität von Reaktionen führt dazu, dass sich die Konzentration des atmosphärischen Ozons ständig ändert. In der Stratosphäre ist die Bildung einer Schicht, die aus O3-Molekülen besteht, mit ultravioletter Strahlung der Sonne verbunden. Ohne diesen Schutzschild könnten gefährliche Strahlen die Erdoberfläche erreichen und alle Lebensformen zerstören.
Allotrope Modifikationen von Sauerstoff und Schwefel
Die chemischen Elemente O (Sauerstoff) und S (Schwefel) befinden sich in derselben Gruppe des Periodensystems, sie zeichnen sich durch die Bildung allotroper Formen aus. Von den Molekülen mit unterschiedlicher Anzahl von Schwefelatomen (2, 4, 6, 8) ist unter normalen Bedingungen S8 das stabilste, das in seiner Form einer Krone ähnelt. Aus solchen 8-atomigen Molekülen werden rhombischer und monokliner Schwefel aufgebaut.
Die gelbe monokline Form bildet bei einer Temperatur von 119 °C eine braune viskose Masse - eine plastische Modifikation. Das Studium allotroper Modifikationen von Schwefel und Sauerstoff ist sowohl in der theoretischen Chemie als auch in der Praxis von großer Bedeutung.
Im industriellen Maßstab werden die oxidierenden Eigenschaften verschiedener Formen genutzt. Ozon dient zur Desinfektion von Luft und Wasser. Bei Konzentrationen über 0,16 mg/m3 ist dieses Gas jedoch gefährlich für Mensch und Tier. Molekularer Sauerstoff ist für die Atmung unentbehrlich und wird in Industrie und Medizin eingesetzt. Kohlenstoffallotrope spielen eine wichtige Rolle in der Wirtschaftstätigkeit.(Diamant, Graphit), Phosphor (weiß, rot) und andere chemische Elemente.
