Viena tipa atomi var būt dažādu vielu daļa. Elementam, kas apzīmēts ar simbolu "O" (no latīņu nosaukuma Oxygenium), ir zināmas divas vienkāršas dabā izplatītas vielas. Viena no tām formula ir O2, otrā ir O3. Tās ir skābekļa alotropās modifikācijas (alotropi). Ir arī citi savienojumi, kas ir mazāk stabili (O4 un O8). Vielu molekulu un īpašību salīdzinājums palīdzēs izprast šo formu atšķirību.
Kas ir allotropās modifikācijas?
Daudzi ķīmiskie elementi var pastāvēt divās, trīs vai vairākās formās. Katru no šīm modifikācijām veido viena veida atomi. Zinātnieks J. Berzellius 1841. gadā bija pirmais, kurš šādu parādību nosauca par alotropiju. Atvērtā regularitāte sākotnēji tika izmantota tikai molekulārās struktūras vielu raksturošanai. Piemēram, ir zināmas divas skābekļa alotropās modifikācijas, kuru atomi veido molekulas. Vēlāk pētnieki atklāja, ka starp kristāliem var būt modifikācijas. Saskaņā ar mūsdienu koncepcijām allotropija ir viens no polimorfisma gadījumiem. Atšķirības starp formām izraisa mehānismiķīmiskās saites veidošanās molekulās un kristālos. Šī iezīme galvenokārt izpaužas periodiskās tabulas 13.-16. grupas elementos.
Kā dažādas atomu kombinācijas ietekmē vielas īpašības?
Skābekļa un ozona alotropās modifikācijas veido elementa atomi ar atomskaitli 8 un tādu pašu elektronu skaitu. Taču tie atšķiras pēc struktūras, kā rezultātā radās būtiskas īpašību atšķirības.
| Zīmes | Skābeklis | Ozons |
| Molekulas sastāvs | 2 skābekļa atomi | 3 skābekļa atomi |
| Ēka |
|
|
| Apkopotais stāvoklis un krāsa | Bezkrāsaina caurspīdīga gāze vai gaiši zils šķidrums | Zila gāze, zils šķidrums, tumši violeta cieta krāsa |
| Smarža | Trūkst | Ass, atgādina pērkona negaisu, svaigi pļauts siens |
| Kušanas temperatūra (°C) | -219 | -193 |
| Vārīšanās temperatūra (°C) | -183 | -112 |
|
Blīvums (g/l) |
1, 4 | 2, 1 |
| Šīdība ūdenī | Nedaudz izšķīst | Labāk par skābekli |
| Reaktivitāte | Parastos apstākļosstabils | Viegli sadalās, veidojot skābekli |
Secinājumi, pamatojoties uz salīdzināšanas rezultātiem: skābekļa allotropās modifikācijas neatšķiras pēc to kvalitatīvā sastāva. Molekulas struktūra atspoguļojas vielu fizikālajās un ķīmiskajās īpašībās.
Vai skābekļa un ozona daudzums dabā ir vienāds?
Viela, kuras formula ir O2, atrodama atmosfērā, hidrosfērā, zemes garozā un dzīvos organismos. Apmēram 20% atmosfēras veido divatomiskās skābekļa molekulas. Stratosfērā aptuveni 12-50 km augstumā no zemes virsmas atrodas slānis, ko sauc par "ozona ekrānu". Tās sastāvu atspoguļo formula O3. Ozons aizsargā mūsu planētu, intensīvi absorbējot bīstamos saules sarkanā un ultravioletā spektra starus. Vielas koncentrācija pastāvīgi mainās, un tās vidējā vērtība ir zema - 0,001%. Tādējādi O2 un O3 ir alotropās skābekļa modifikācijas, kurām ir būtiskas atšķirības izplatībā dabā.
Kā iegūt skābekli un ozonu?
Molekulārais skābeklis ir vissvarīgākā vienkāršā viela uz Zemes. Tas veidojas augu zaļajās daļās gaismā fotosintēzes laikā. Ar dabiskas vai mākslīgas izcelsmes elektrisko izlādi divatomiskā skābekļa molekula sadalās. Temperatūra, kurā process sākas, ir aptuveni 2000 °C. Daži radikāļi atkal apvienojas, veidojot skābekli. Dažas aktīvās daļiņas reaģē ar diatomiskām molekulāmskābeklis. Šī reakcija rada ozonu, kas reaģē arī ar skābekļa brīvajiem radikāļiem. Tas rada diatomiskas molekulas. Reakciju atgriezeniskums noved pie tā, ka atmosfēras ozona koncentrācija pastāvīgi mainās. Stratosfērā slāņa veidošanās, kas sastāv no O3 molekulām, ir saistīta ar Saules ultravioleto starojumu. Bez šī aizsargvairoga bīstamie stari varētu sasniegt Zemes virsmu un iznīcināt visas dzīvības formas.
Skābekļa un sēra alotropās modifikācijas
Ķīmiskie elementi O (Oxygenium) un S (Sulfur) atrodas vienā periodiskās tabulas grupā, tiem raksturīga alotropu formu veidošanās. No molekulām ar dažādu sēra atomu skaitu (2, 4, 6, 8) normālos apstākļos visstabilākā ir S8, kas pēc formas atgādina vainagu. Rombiskais un monoklīniskais sērs ir veidots no šādām 8 atomu molekulām.
119 °C temperatūrā dzeltenā monoklīniskā forma veido brūnu viskozu masu - plastisku modifikāciju. Sēra un skābekļa allotropo modifikāciju izpētei ir liela nozīme teorētiskajā ķīmijā un praktiskajā darbībā.
Rūpnieciskā mērogā tiek izmantotas dažādu formu oksidējošās īpašības. Ozonu izmanto gaisa un ūdens dezinfekcijai. Bet koncentrācijā virs 0,16 mg/m3 šī gāze ir bīstama cilvēkiem un dzīvniekiem. Molekulārais skābeklis ir būtisks elpošanai, un to izmanto rūpniecībā un medicīnā. Oglekļa alotropiem ir svarīga loma ekonomiskajā aktivitātē.(dimants, grafīts), fosfors (b alts, sarkans) un citi ķīmiskie elementi.
