To paties tipo atomai gali būti skirtingų medžiagų dalis. Elementui, pažymėtam simboliu „O“(iš lotyniško pavadinimo Oxygenium), žinomos dvi paprastos gamtoje paplitusios medžiagos. Vieno iš jų formulė yra O2, antros yra O3. Tai alotropinės deguonies modifikacijos (alotropai). Yra ir kitų junginių, kurie yra mažiau stabilūs (O4 ir O8). Medžiagų molekulių ir savybių palyginimas padės suprasti šių formų skirtumus.
Kas yra alotropinės modifikacijos?
Daugelis cheminių elementų gali egzistuoti dviejų, trijų ar daugiau formų. Kiekvieną iš šių modifikacijų sudaro to paties tipo atomai. Pirmasis tokį reiškinį alotropija pavadino mokslininkas J. Berzellius 1841 m. Iš pradžių atvirasis dėsningumas buvo naudojamas tik molekulinės struktūros medžiagoms apibūdinti. Pavyzdžiui, žinomos dvi alotropinės deguonies modifikacijos, kurių atomai sudaro molekules. Vėliau mokslininkai išsiaiškino, kad tarp kristalų gali būti modifikacijų. Pagal šiuolaikines koncepcijas alotropija yra vienas iš polimorfizmo atvejų. Formų skirtumus lemia mechanizmaicheminio ryšio susidarymas molekulėse ir kristaluose. Ši savybė daugiausia pasireiškia periodinės lentelės 13–16 grupių elementais.
Kaip skirtingi atomų deriniai veikia materijos savybes?
Allotropines deguonies ir ozono modifikacijas sudaro elemento, kurio atominis skaičius yra 8, atomai ir tiek pat elektronų. Tačiau jų struktūra skiriasi, todėl atsirado didelių savybių neatitikimų.
| Ženklai | Deguonis | Ozonas |
| Molekulės sudėtis | 2 deguonies atomai | 3 deguonies atomai |
| Pastatas |
|
|
| Suvestinė būsena ir spalva | Bespalvės skaidrios dujos arba šviesiai mėlynas skystis | Mėlynos dujos, mėlynas skystis, tamsiai violetinė kieta medžiaga |
| Kvapas | Trūksta | Aštrus, primenantis perkūniją, ką tik nupjautas šienas |
| Lydymosi temperatūra (°C) | -219 | -193 |
| Virimo temperatūra (°C) | -183 | -112 |
|
Tankis (g/l) |
1, 4 | 2, 1 |
| Tirpumas vandenyje | Šiek tiek ištirpsta | Geriau nei deguonis |
| Reaktyvumas | Įprastomis sąlygomisstabilus | Lengvai suyra, sudarydamas deguonį |
Išvados remiantis palyginimo rezultatais: alotropinės deguonies modifikacijos savo kokybine sudėtimi nesiskiria. Molekulės struktūra atsispindi fizinėse ir cheminėse medžiagų savybėse.
Ar gamtoje deguonies ir ozono kiekiai yra vienodi?
Medžiaga, kurios formulė yra O2, randama atmosferoje, hidrosferoje, žemės plutoje ir gyvuose organizmuose. Apie 20 % atmosferos sudaro dviatominės deguonies molekulės. Stratosferoje, maždaug 12-50 km aukštyje nuo žemės paviršiaus, yra sluoksnis, vadinamas „ozono ekranu“. Jo sudėtį atspindi formulė O3. Ozonas saugo mūsų planetą intensyviai sugerdamas pavojingus raudonojo ir ultravioletinio spektro saulės spindulius. Medžiagos koncentracija nuolat kinta, o jos vidutinė reikšmė maža – 0,001%. Taigi O2 ir O3 yra alotropinės deguonies modifikacijos, kurių pasiskirstymas gamtoje labai skiriasi.
Kaip gauti deguonies ir ozono?
Molekulinis deguonis yra pati svarbiausia paprasta medžiaga Žemėje. Jis susidaro žaliosiose augalų dalyse šviesoje vykstant fotosintezei. Esant natūralios ar dirbtinės kilmės elektros iškrovoms, dviatominė deguonies molekulė suyra. Temperatūra, kurioje procesas prasideda, yra apie 2000 °C. Kai kurie susidarę radikalai vėl susijungia, sudarydami deguonį. Kai kurios aktyvios dalelės reaguoja su dviatomėmis molekulėmisdeguonies. Šios reakcijos metu susidaro ozonas, kuris taip pat reaguoja su deguonies laisvaisiais radikalais. Taip susidaro dviatomės molekulės. Reakcijų grįžtamumas lemia tai, kad atmosferos ozono koncentracija nuolat kinta. Stratosferoje sluoksnio, susidedančio iš O3 molekulių, susidarymas yra susijęs su ultravioletine Saulės spinduliuote. Be šio apsauginio skydo pavojingi spinduliai galėtų pasiekti Žemės paviršių ir sunaikinti visas gyvybės formas.
Alotropinės deguonies ir sieros modifikacijos
Cheminiai elementai O (Oxygenium) ir S (Siera) yra toje pačioje periodinės lentelės grupėje, jiems būdingas alotropinių formų susidarymas. Iš molekulių, turinčių skirtingą sieros atomų skaičių (2, 4, 6, 8), normaliomis sąlygomis stabiliausia yra S8, savo forma primenanti karūną. Rombinė ir monoklininė siera yra sudaryta iš tokių 8 atomų molekulių.
119 °C temperatūroje geltona monokliniška forma sudaro rudą klampią masę – plastinę modifikaciją. Sieros ir deguonies alotropinių modifikacijų tyrimas turi didelę reikšmę teorinėje chemijoje ir praktinėje veikloje.
Pramoniniu mastu naudojamos įvairių formų oksidacinės savybės. Ozonas naudojamas oro ir vandens dezinfekcijai. Tačiau kai koncentracija viršija 0,16 mg/m3, šios dujos yra pavojingos žmonėms ir gyvūnams. Molekulinis deguonis yra būtinas kvėpavimui ir naudojamas pramonėje bei medicinoje. Anglies alotropai vaidina svarbų vaidmenį ekonominėje veikloje.(deimantas, grafitas), fosforas (b altas, raudonas) ir kiti cheminiai elementai.
