Atomy stejného typu mohou být součástí různých látek. Pro prvek označovaný symbolem „O“(z latinského názvu Oxygenium) jsou známy dvě jednoduché látky běžné v přírodě. Vzorec jednoho z nich je O2, druhý je O3. Jedná se o alotropní modifikace kyslíku (alotropy). Existují další sloučeniny, které jsou méně stabilní (O4 a O8). Porovnání molekul a vlastností látek pomůže pochopit rozdíl mezi těmito formami.
Co jsou alotropické modifikace?
Mnoho chemických prvků může existovat ve dvou, třech nebo více formách. Každá z těchto modifikací je tvořena atomy stejného typu. Vědec J. Berzellius v roce 1841 jako první nazval takový jev alotropií. Otevřená pravidelnost byla původně používána pouze k charakterizaci látek molekulární struktury. Známé jsou například dvě alotropní modifikace kyslíku, jejichž atomy tvoří molekuly. Později vědci zjistili, že mezi krystaly mohou být modifikace. Alotropie je podle moderních koncepcí jedním z případů polymorfismu. Rozdíly mezi formami jsou způsobeny mechanismytvorba chemické vazby v molekulách a krystalech. Tato vlastnost se projevuje především prvky skupin 13-16 periodické tabulky.
Jak různé kombinace atomů ovlivňují vlastnosti hmoty?
Alotropní modifikace kyslíku a ozonu jsou tvořeny atomy prvku s atomovým číslem 8 a stejným počtem elektronů. Liší se však strukturou, což vedlo k výraznému rozdílu ve vlastnostech.
| Znaky | Kyslík | Ozón |
| Složení molekuly | 2 atomy kyslíku | 3 atomy kyslíku |
| Building |
|
|
| Agregovaný stav a barva | Bezbarvý průhledný plyn nebo světle modrá kapalina | Modrý plyn, modrá kapalina, tmavě fialová pevná látka |
| Vůně | Chybí | Ostré, připomínající bouřku, čerstvě posečené seno |
| Bod tání (°C) | -219 | -193 |
| Bod varu (°C) | -183 | -112 |
|
Hustota (g/l) |
1, 4 | 2, 1 |
| Rozpustnost ve vodě | Mírně se rozpouští | Lepší než kyslík |
| Reaktivita | Za normálních podmínekstabilní | Snadno se rozkládá za vzniku kyslíku |
Závěry na základě výsledků srovnání: alotropní modifikace kyslíku se neliší svým kvalitativním složením. Struktura molekuly se odráží ve fyzikálních a chemických vlastnostech látek.
Je množství kyslíku a ozónu v přírodě stejné?
Látka, jejíž vzorec je O2, nacházející se v atmosféře, hydrosféře, zemské kůře a živých organismech. Asi 20 % atmosféry je tvořeno dvouatomovými molekulami kyslíku. Ve stratosféře se ve výšce asi 12-50 km od zemského povrchu nachází vrstva zvaná „ozonová clona“. Jeho složení se odráží ve vzorci O3. Ozón chrání naši planetu tím, že intenzivně pohlcuje nebezpečné paprsky červeného a ultrafialového spektra slunce. Koncentrace látky se neustále mění a její průměrná hodnota je nízká - 0,001%. O2 a O3 jsou tedy alotropní modifikace kyslíku, které mají významné rozdíly v distribuci v přírodě.
Jak získat kyslík a ozón?
Molekulární kyslík je nejdůležitější jednoduchá látka na Zemi. Vzniká v zelených částech rostlin na světle při fotosyntéze. Při elektrických výbojích přírodního nebo umělého původu se rozkládá dvouatomová molekula kyslíku. Teplota, při které proces začíná, je asi 2000 °C. Některé ze vzniklých radikálů se opět spojí a vytvoří kyslík. Některé aktivní částice reagují s dvouatomovými molekulamikyslík. Touto reakcí vzniká ozón, který také reaguje s volnými kyslíkovými radikály. Vznikají tak dvouatomové molekuly. Reverzibilita reakcí vede k tomu, že koncentrace atmosférického ozonu se neustále mění. Ve stratosféře je tvorba vrstvy skládající se z molekul O3 spojena s ultrafialovým zářením ze Slunce. Bez tohoto ochranného štítu by nebezpečné paprsky mohly dosáhnout povrchu Země a zničit všechny formy života.
Alotropní modifikace kyslíku a síry
Chemické prvky O (Oxygenium) a S (Síra) se nacházejí ve stejné skupině periodické tabulky, vyznačují se tvorbou alotropních forem. Z molekul s různým počtem atomů síry (2, 4, 6, 8) je za normálních podmínek nejstabilnější S8, tvarem připomínající korunu. Kosočtverečná a monoklinická síra jsou vytvořeny z takových 8-atomových molekul.
Žlutá jednoklonná forma tvoří při teplotě 119 °C hnědou viskózní hmotu - plastickou modifikaci. Studium alotropních modifikací síry a kyslíku má velký význam v teoretické chemii i praktických činnostech.
V průmyslovém měřítku se využívají oxidační vlastnosti různých forem. Ozón se používá k dezinfekci vzduchu a vody. Ale při koncentracích nad 0,16 mg/m3 je tento plyn nebezpečný pro lidi a zvířata. Molekulární kyslík je nezbytný pro dýchání a používá se v průmyslu a medicíně. Alotropy uhlíku hrají důležitou roli v ekonomické aktivitě.(diamant, grafit), fosfor (bílý, červený) a další chemické prvky.
