Els àtoms del mateix tipus poden formar part de diferents substàncies. Per a l'element indicat pel símbol "O" (del nom llatí Oxygenium), es coneixen dues substàncies simples comunes a la natura. La fórmula d'un d'ells és O2, la segona és O3. Són modificacions al·lotròpiques de l'oxigen (al·lòtrops). Hi ha altres compostos que són menys estables (O4 i O8). La comparació de molècules i propietats de les substàncies ajudarà a entendre la diferència entre aquestes formes.
Què són les modificacions al·lotròpiques?
Molts elements químics poden existir en dues, tres o més formes. Cadascuna d'aquestes modificacions està formada per àtoms del mateix tipus. El científic J. Berzellius el 1841 va ser el primer a anomenar aquest fenomen al·lotropia. La regularitat oberta es va utilitzar originalment només per caracteritzar substàncies d'una estructura molecular. Per exemple, es coneixen dues modificacions al·lotròpiques de l'oxigen, els àtoms de les quals formen molècules. Més tard, els investigadors van trobar que hi ha modificacions entre els cristalls. Segons els conceptes moderns, l'al·lotropia és un dels casos de polimorfisme. Les diferències entre les formes són causades per mecanismesformació d'un enllaç químic en molècules i cristalls. Aquesta característica es manifesta principalment pels elements dels grups 13-16 de la taula periòdica.
Com afecten les diferents combinacions d'àtoms a les propietats de la matèria?
Les modificacions al·lotròpiques de l'oxigen i l'ozó estan formades per àtoms de l'element amb el nombre atòmic 8 i el mateix nombre d'electrons. Però difereixen en estructura, la qual cosa va provocar una discrepància important en les propietats.
| Signes | Oxigen | Ozó |
| Composició de la molècula | 2 àtoms d'oxigen | 3 àtoms d'oxigen |
| Edifici |
|
|
| Estat agregat i color | Gas transparent incolor o líquid blau pàl·lid | Gas blau, líquid blau, sòlid morat fosc |
| Olor | Desaparegut | Agut, que recorda una tempesta, fenc acabat de tallar |
| Punt de fusió (°C) | -219 | -193 |
| Punt d'ebullició (°C) | -183 | -112 |
|
Densitat (g/l) |
1, 4 | 2, 1 |
| Solubilitat en aigua | Es dissol una mica | Millor que l'oxigen |
| Reactivitat | En condicions normalsestable | Es descompon fàcilment per formar oxigen |
Conclusions basades en els resultats de la comparació: les modificacions al·lotròpiques de l'oxigen no difereixen en la seva composició qualitativa. L'estructura d'una molècula es reflecteix en les propietats físiques i químiques de les substàncies.
Les quantitats d'oxigen i d'ozó són les mateixes a la natura?
Substància la fórmula de la qual és O2, que es troba a l'atmosfera, la hidrosfera, l'escorça terrestre i els organismes vius. Al voltant del 20% de l'atmosfera està formada per molècules diatòmiques d'oxigen. A l'estratosfera, a una altitud d'uns 12-50 km de la superfície terrestre, hi ha una capa anomenada "pantalla d'ozó". La seva composició es reflecteix en la fórmula O3. L'ozó protegeix el nostre planeta absorbint intensament els perillosos raigs de l'espectre vermell i ultraviolat del sol. La concentració d'una substància canvia constantment i el seu valor mitjà és baix: 0,001%. Així, O2 i O3 són modificacions d'oxigen al·lotròpics que tenen diferències significatives en la distribució a la natura.
Com obtenir oxigen i ozó?
L'oxigen molecular és la substància simple més important de la Terra. Es forma a les parts verdes de les plantes a la llum durant la fotosíntesi. Amb descàrregues elèctriques d'origen natural o artificial, la molècula diatòmica d'oxigen es descompon. La temperatura a la qual comença el procés és d'uns 2000 °C. Alguns dels radicals resultants es tornen a combinar formant oxigen. Algunes partícules actives reaccionen amb molècules diatòmiquesoxigen. Aquesta reacció produeix ozó, que també reacciona amb els radicals lliures d'oxigen. Això crea molècules diatòmiques. La reversibilitat de les reaccions fa que la concentració d'ozó atmosfèric canviï constantment. A l'estratosfera, la formació d'una capa formada per molècules O3 s'associa amb la radiació ultraviolada del Sol. Sense aquest escut protector, els raigs perillosos podrien arribar a la superfície de la Terra i destruir totes les formes de vida.
Modificacions al·lotròpiques d'oxigen i sofre
Els elements químics O (Oxigeni) i S (Sofre) es troben en el mateix grup de la taula periòdica, es caracteritzen per la formació de formes al·lotròpiques. De les molècules amb diferents nombres d'àtoms de sofre (2, 4, 6, 8), en condicions normals, la més estable és S8, semblant a una corona en forma. El sofre ròmbic i monoclínic es construeix a partir d'aquestes molècules de 8 àtoms.
A una temperatura de 119 °C, la forma monoclínica groga forma una massa viscosa marró, una modificació plàstica. L'estudi de les modificacions al·lotròpiques del sofre i l'oxigen és de gran importància en la química teòrica i les activitats pràctiques.
A escala industrial, s'utilitzen les propietats oxidants de diverses formes. L'ozó s'utilitza per desinfectar l'aire i l'aigua. Però a concentracions superiors a 0,16 mg/m3, aquest gas és perillós per als humans i els animals. L'oxigen molecular és essencial per respirar i s'utilitza en la indústria i la medicina. Els al·lòtrops de carboni tenen un paper important en l'activitat econòmica.(diamant, grafit), fòsfor (blanc, vermell) i altres elements químics.
