اتم های یک نوع می توانند بخشی از مواد مختلف باشند. برای عنصر مشخص شده با نماد "O" (از نام لاتین Oxygenium)، دو ماده ساده رایج در طبیعت شناخته شده است. فرمول یکی از آنها O2، دومی O3 است. اینها تغییرات آلوتروپیک اکسیژن (آلوتروپ) هستند. ترکیبات دیگری نیز وجود دارند که پایداری کمتری دارند (O4 و O8). مقایسه مولکول ها و خواص مواد به درک تفاوت بین این اشکال کمک می کند.
اصلاحات آلوتروپیک چیست؟
بسیاری از عناصر شیمیایی می توانند به دو، سه یا چند شکل وجود داشته باشند. هر یک از این تغییرات توسط اتم هایی از یک نوع ایجاد می شود. دانشمند J. Berzellius در سال 1841 اولین کسی بود که چنین پدیده ای را آلوتروپی نامید. نظم باز در اصل فقط برای مشخص کردن مواد ساختار مولکولی استفاده می شد. به عنوان مثال، دو تغییر آلوتروپیک اکسیژن شناخته شده است که اتم های آن مولکول ها را تشکیل می دهند. بعداً، محققان دریافتند که تغییرات می تواند در میان کریستال ها باشد. بر اساس مفاهیم مدرن، آلوتروپی یکی از موارد چندشکلی است. تفاوت بین اشکال ناشی از مکانیسم استتشکیل پیوند شیمیایی در مولکول ها و کریستال ها. این ویژگی عمدتاً توسط عناصر گروه های 13-16 جدول تناوبی آشکار می شود.
چگونه ترکیبات مختلف اتم ها بر خواص ماده تأثیر می گذارند؟
اصلاحات آلوتروپیک اکسیژن و ازن توسط اتم های عنصری با عدد اتمی 8 و به همان تعداد الکترون تشکیل می شوند. اما آنها در ساختار متفاوت هستند، که منجر به اختلاف قابل توجهی در خواص شد.
| نشانه ها | اکسیژن | ازون |
| ترکیب مولکول | 2 اتم اکسیژن | 3 اتم اکسیژن |
| ساختمان |
|
|
| حالت و رنگ تجمع | گاز شفاف بی رنگ یا مایع آبی کم رنگ | گاز آبی، مایع آبی، جامد بنفش تیره |
| بوی | مفقود | تند، یادآور رعد و برق، یونجه تازه بریده شده |
| نقطه ذوب (°C) | -219 | -193 |
| نقطه جوش (°C) | -183 | -112 |
|
تراکم (g/l) |
1, 4 | 2، 1 |
| حلالیت در آب | کمی حل می شود | بهتر از اکسیژن |
| واکنشی | در شرایط عادیپایدار | به راحتی تجزیه می شود و اکسیژن تشکیل می دهد |
نتیجه گیری بر اساس نتایج مقایسه: تغییرات آلوتروپیک اکسیژن در ترکیب کیفی آنها تفاوتی ندارد. ساختار یک مولکول در خواص فیزیکی و شیمیایی مواد منعکس می شود.
آیا مقدار اکسیژن و ازن در طبیعت یکسان است؟
ماده ای که فرمول آن O2 است، در جو، هیدروسفر، پوسته زمین و موجودات زنده یافت می شود. حدود 20 درصد اتمسفر توسط مولکول های اکسیژن دو اتمی تشکیل شده است. در استراتوسفر، در ارتفاع حدود 12-50 کیلومتری از سطح زمین، لایه ای به نام «صفحه ازون» وجود دارد. ترکیب آن با فرمول O3 منعکس می شود. ازن با جذب شدید پرتوهای خطرناک طیف قرمز و فرابنفش خورشید از سیاره ما محافظت می کند. غلظت یک ماده به طور مداوم در حال تغییر است و مقدار متوسط آن کم است - 0.001٪. بنابراین، O2 و O3 اصلاحات اکسیژن آلوتروپیک هستند که تفاوت های قابل توجهی در توزیع در طبیعت دارند.
چگونه اکسیژن و ازن به دست آوریم؟
اکسیژن مولکولی مهمترین ماده ساده روی زمین است. در قسمت های سبز گیاهان در نور در طول فتوسنتز تشکیل می شود. با تخلیه الکتریکی با منشا طبیعی یا مصنوعی، مولکول اکسیژن دو اتمی تجزیه می شود. دمایی که در آن فرآیند شروع می شود حدود 2000 درجه سانتی گراد است. برخی از رادیکال های حاصل دوباره ترکیب می شوند و اکسیژن را تشکیل می دهند. برخی از ذرات فعال با مولکول های دو اتمی واکنش می دهنداکسیژن. این واکنش باعث تولید ازن می شود که با رادیکال های آزاد اکسیژن نیز واکنش نشان می دهد. این باعث ایجاد مولکول های دو اتمی می شود. برگشت پذیری واکنش ها منجر به این واقعیت می شود که غلظت ازن اتمسفر دائماً در حال تغییر است. در استراتوسفر، تشکیل لایه‌ای متشکل از مولکول‌های O3 با تشعشعات فرابنفش خورشید مرتبط است. بدون این سپر محافظ، پرتوهای خطرناک می توانند به سطح زمین برسند و تمام اشکال حیات را از بین ببرند.
اصلاحات آلوتروپیک اکسیژن و گوگرد
عناصر شیمیایی O (اکسیژنیوم) و S (گوگرد) در یک گروه از جدول تناوبی قرار دارند، آنها با تشکیل اشکال آلوتروپیک مشخص می شوند. از بین مولکول‌هایی با تعداد اتم‌های گوگرد متفاوت (2، 4، 6، 8)، در شرایط عادی، پایدارترین مولکول S8 است که از نظر شکل شبیه یک تاج است. گوگرد لوزی و مونوکلینیک از چنین مولکول‌های 8 اتمی ساخته شده‌اند.
در دمای 119 درجه سانتیگراد، فرم مونوکلینیک زرد یک توده چسبناک قهوه ای - یک اصلاح پلاستیکی - تشکیل می دهد. مطالعه تغییرات آلوتروپیک گوگرد و اکسیژن در شیمی نظری و فعالیت‌های عملی اهمیت زیادی دارد.
در مقیاس صنعتی از خواص اکسید کننده اشکال مختلف استفاده می شود. ازن برای ضدعفونی هوا و آب استفاده می شود. اما در غلظت های بالای 0.16 میلی گرم بر متر مکعب، این گاز برای انسان و حیوانات خطرناک است. اکسیژن مولکولی برای تنفس ضروری است و در صنعت و پزشکی استفاده می شود. آلوتروپ های کربن نقش مهمی در فعالیت های اقتصادی دارند.(الماس، گرافیت)، فسفر (سفید، قرمز) و سایر عناصر شیمیایی.
