Atómy rovnakého typu môžu byť súčasťou rôznych látok. Pre prvok označovaný symbolom „O“(z latinského názvu Oxygenium) sú známe dve jednoduché látky bežné v prírode. Vzorec jedného z nich je O2, druhý je O3. Ide o alotropické modifikácie kyslíka (alotropy). Existujú ďalšie zlúčeniny, ktoré sú menej stabilné (O4 a O8). Porovnanie molekúl a vlastností látok pomôže pochopiť rozdiel medzi týmito formami.
Čo sú alotropické modifikácie?
Mnohé chemické prvky môžu existovať v dvoch, troch alebo viacerých formách. Každá z týchto modifikácií je tvorená atómami rovnakého typu. Vedec J. Berzellius v roku 1841 ako prvý nazval takýto jav alotropia. Otvorená pravidelnosť sa pôvodne používala len na charakterizáciu látok molekulárnej štruktúry. Známe sú napríklad dve alotropné modifikácie kyslíka, ktorých atómy tvoria molekuly. Neskôr vedci zistili, že medzi kryštálmi môžu byť modifikácie. Podľa moderných koncepcií je alotropia jedným z prípadov polymorfizmu. Rozdiely medzi formami sú spôsobené mechanizmamitvorba chemickej väzby v molekulách a kryštáloch. Táto vlastnosť sa prejavuje najmä prvkami skupín 13-16 periodickej tabuľky.
Ako rôzne kombinácie atómov ovplyvňujú vlastnosti hmoty?
Alotropické modifikácie kyslíka a ozónu sú tvorené atómami prvku s atómovým číslom 8 a rovnakým počtom elektrónov. Líšia sa však štruktúrou, čo viedlo k výraznému rozdielu vo vlastnostiach.
| Znaky | Kyslík | Ozón |
| Zloženie molekuly | 2 atómy kyslíka | 3 atómy kyslíka |
| Building |
|
|
| Súhrnný stav a farba | Bezfarebný priehľadný plyn alebo svetlomodrá kvapalina | Modrý plyn, modrá kvapalina, tmavofialová tuhá látka |
| Vôňa | Chýba | Ostré, pripomínajúce búrku, čerstvo pokosené seno |
| Teplota topenia (°C) | -219 | -193 |
| Teplota varu (°C) | -183 | -112 |
|
Hustota (g/l) |
1, 4 | 2, 1 |
| Rozpustnosť vo vode | Trochu sa rozpúšťa | Lepšie ako kyslík |
| Reaktivita | Za normálnych podmienokstabilný | Ľahko sa rozkladá za vzniku kyslíka |
Závery na základe výsledkov porovnania: alotropné modifikácie kyslíka sa nelíšia v ich kvalitatívnom zložení. Štruktúra molekuly sa odráža vo fyzikálnych a chemických vlastnostiach látok.
Sú množstvá kyslíka a ozónu v prírode rovnaké?
Látka, ktorej vzorec je O2, nachádza sa v atmosfére, hydrosfére, zemskej kôre a živých organizmoch. Asi 20 % atmosféry tvoria dvojatómové molekuly kyslíka. V stratosfére sa vo výške asi 12-50 km od zemského povrchu nachádza vrstva nazývaná „ozónová clona“. Jeho zloženie odráža vzorec O3. Ozón chráni našu planétu tým, že intenzívne pohlcuje nebezpečné lúče červeného a ultrafialového spektra slnka. Koncentrácia látky sa neustále mení a jej priemerná hodnota je nízka - 0,001%. O2 a O3 sú teda alotropické modifikácie kyslíka, ktoré majú významné rozdiely v distribúcii v prírode.
Ako získať kyslík a ozón?
Molekulárny kyslík je najdôležitejšia jednoduchá látka na Zemi. Vzniká v zelených častiach rastlín na svetle pri fotosyntéze. Pri elektrických výbojoch prírodného alebo umelého pôvodu sa rozkladá dvojatómová molekula kyslíka. Teplota, pri ktorej proces začína, je asi 2000 °C. Niektoré zo vzniknutých radikálov sa opäť spoja a vytvárajú kyslík. Niektoré aktívne častice reagujú s dvojatómovými molekulamikyslík. Touto reakciou vzniká ozón, ktorý tiež reaguje s voľnými kyslíkovými radikálmi. Vznikajú tak dvojatómové molekuly. Reverzibilita reakcií vedie k tomu, že koncentrácia atmosférického ozónu sa neustále mení. V stratosfére je tvorba vrstvy pozostávajúca z molekúl O3 spojená s ultrafialovým žiarením zo Slnka. Bez tohto ochranného štítu by nebezpečné lúče mohli dosiahnuť povrch Zeme a zničiť všetky formy života.
Alotropické modifikácie kyslíka a síry
Chemické prvky O (Oxygenium) a S (Síra) sa nachádzajú v rovnakej skupine periodickej tabuľky, vyznačujú sa tvorbou alotropných foriem. Z molekúl s rôznym počtom atómov síry (2, 4, 6, 8) je za normálnych podmienok najstabilnejšia S8, tvarom pripomínajúca korunu. Z takýchto 8-atómových molekúl sa skladá kosoštvorcová a jednoklonná síra.
Žltá jednoklonná forma tvorí pri teplote 119 °C hnedú viskóznu hmotu - plastickú modifikáciu. Štúdium alotropných modifikácií síry a kyslíka má veľký význam v teoretickej chémii a praktických činnostiach.
V priemyselnom meradle sa využívajú oxidačné vlastnosti rôznych foriem. Ozón sa používa na dezinfekciu vzduchu a vody. Ale pri koncentráciách nad 0,16 mg/m3 je tento plyn nebezpečný pre ľudí a zvieratá. Molekulárny kyslík je nevyhnutný pre dýchanie a používa sa v priemysle a medicíne. Alotropy uhlíka zohrávajú dôležitú úlohu v hospodárskej činnosti.(diamant, grafit), fosfor (biely, červený) a ďalšie chemické prvky.
