Аллотропные модификации кислорода: сравнительная характеристика и значение

Атомы одного вида могут входить в состав разных веществ. Для элемента, обозначаемого символом «O» (от лат. названия Oxygenium), известно два распространенных в природе простых вещества. Формула одного из них - O_2, второго - O_3. Это аллотропные модификации кислорода (аллотропы). Есть и другие соединения, менее стабильные (O₄ и O₈). Понять разницу между этими формами поможет сравнение молекул и свойств веществ.

Что такое аллотропные модификации?

Многие химические элементы могут существовать в двух, трех или более формах. Каждое из таких видоизменений образовано атомами одного вида. Ученый Я. Берцеллиус в 1841 году первым назвал такое явление аллотропией. Открытую закономерность первоначально применяли только для характеристики веществ молекулярного строения. Например, известны две аллотропные модификации кислорода, атомы которого образуют молекулы. Позже исследователи установили, что видоизменения могут быть среди кристаллов. По современным представлениям, аллотропия является одним из случаев полиморфизма. Различия между формами вызваны механизмами образования химической связи в молекулах и кристаллах. Такую особенность проявляют в основном элементы 13-16 групп периодической таблицы.

Как разное сочетание атомов отражается на свойствах вещества?

Аллотропные модификации кислорода и озона образованы атомами элемента с порядковым номером 8 и таким же количеством электронов. Но они отличаются по строению, что обусловило значительное расхождение в свойствах.

Выводы по результатам сравнения: аллотропные модификации кислорода не отличаются по качественному составу. Структура молекулы отражается на физических и химических свойствах веществ.

Видео: Сера и ее соединения. Учебный фильм по химии

Одинаковое ли количество кислорода и озона в природе?

Вещество, формула которого O₂, встречается в атмосфере, гидросфере, земной коре и живых организмах. Около 20% атмосферы образовано двухатомными молекулами кислорода. В стратосфере на высоте примерно 12–50 км от земной поверхности находится слой, получивший название «озоновый экран». Его состав отражает формула O₃. Озон защищает нашу планету, интенсивно поглощая опасные лучи красного и ультрафиолетового спектра Солнца. Концентрация вещества постоянно изменяется, а ее среднее значение низкое - 0,001 %. Таким образом, O₂ и O₃ - аллотропные модификации кислорода, имеющие значительные различия по распространению в природе.

Как получить кислород и озон?

Молекулярный кислород - важнейшее простое вещество на Земле. Образуется в зеленых частях растений на свету в процессе фотосинтеза. При электрических разрядах природного либо искусственного происхождения двухатомная молекула кислорода распадается. Температура, при которой начинается процесс, составляет около 2000 °С. Часть возникших радикалов соединяется вновь, образуя кислород. Некоторые активные частицы вступают в реакцию с двухатомными молекулами кислорода. В этой реакции получается озон, который также реагирует со свободными радикалами кислорода. При этом возникают двухатомные молекулы. Обратимость реакций приводит к тому, что концентрация атмосферного озона постоянно изменяется. В стратосфере образования слоя, состоящего из молекул O₃, связано с ультрафиолетовым излучением Солнца. Без этого защитного экрана опасные лучи могли бы достигнуть поверхности Земли и уничтожить все формы жизни.

Видео: Датчик детонации. ВАЗ 2112, 2111.

Аллотропные модификации кислорода и серы

Химические элементы O (Oxygenium) и S (Sulfur) расположены в одной группе периодической таблицы, для них характерно образование аллотропных форм. Из молекул с разным количеством атомов серы (2, 4, 6, 8) при обычных условиях наиболее устойчивая - S8, напоминающая по форме корону. Ромбическая и моноклинная сера построены из таких 8-атомных молекул.

При температуре 119 °С моноклинная форма желтого цвета образует коричневую тягучую массу - пластическую модификацию. Изучение аллотропных видоизменений серы и кислорода имеет большое значение в теоретической химии и практической деятельности.

Видео: № 210. Неорганическая химия. Тема 26. Сера и ее соединения. Часть 2. Химические свойства серы

В промышленных масштабах используются окислительные свойства разных форм. Озон применяется для обеззараживания воздуха и воды. Но при концентрациях свыше 0,16 мг/м3 этот газ опасен для человека и животных. Молекулярный кислород необходим для дыхания, используется в промышленности и медицине. Важную роль в хозяйственной деятельности играют аллотропы углерода (алмаз, графит), фосфора (белый, красный) и других химических элементов.