การปรับเปลี่ยนออกซิเจนแบบ Allotropic: ลักษณะเปรียบเทียบและความสำคัญ

2024 ผู้เขียน: Angel Austin | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-18 04:30

อะตอมชนิดเดียวกันสามารถเป็นส่วนหนึ่งของสารที่ต่างกันได้ สำหรับองค์ประกอบที่แสดงด้วยสัญลักษณ์ "O" (จากชื่อภาษาละติน Oxygenium) เป็นที่ทราบกันดีว่าสารธรรมดาสองชนิดที่พบได้ทั่วไปในธรรมชาติ สูตรหนึ่งในนั้นคือ O_2, ที่สองคือ O₃ นี่คือการปรับเปลี่ยนออกซิเจนแบบ allotropic (allotropes) มีสารประกอบอื่นๆ ที่มีความเสถียรน้อยกว่า (O₄ และ O₈) การเปรียบเทียบโมเลกุลและคุณสมบัติของสารจะช่วยให้เข้าใจความแตกต่างระหว่างรูปแบบเหล่านี้

การปรับเปลี่ยนแบบ allotropic คืออะไร

องค์ประกอบทางเคมีจำนวนมากสามารถมีอยู่ในรูปแบบสอง สามหรือมากกว่า การปรับเปลี่ยนเหล่านี้แต่ละครั้งเกิดขึ้นจากอะตอมประเภทเดียวกัน นักวิทยาศาสตร์ J. Berzellius ในปี 1841 เป็นคนแรกที่เรียกปรากฏการณ์ดังกล่าวว่า allotropy ความสม่ำเสมอแบบเปิดเดิมใช้เพื่อกำหนดลักษณะของสารที่มีโครงสร้างโมเลกุลเท่านั้น ตัวอย่างเช่น การดัดแปลงออกซิเจนแบบ allotropic สองครั้งเป็นที่รู้จักกันว่าอะตอมซึ่งก่อตัวเป็นโมเลกุล ต่อมานักวิจัยพบว่าการดัดแปลงสามารถอยู่ในคริสตัลได้ ตามแนวคิดสมัยใหม่ allotropy เป็นหนึ่งในกรณีของความหลากหลาย ความแตกต่างระหว่างรูปแบบเกิดจากกลไกการก่อตัวของพันธะเคมีในโมเลกุลและผลึก คุณลักษณะนี้ส่วนใหญ่แสดงโดยองค์ประกอบของกลุ่ม 13-16 ของตารางธาตุ

อะตอมที่รวมกันต่างกันส่งผลต่อคุณสมบัติของสสารอย่างไร

การเปลี่ยนแปลงของออกซิเจนและโอโซนแบบ Allotropic เกิดขึ้นจากอะตอมของธาตุที่มีเลขอะตอม 8 และจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากัน แต่โครงสร้างต่างกันซึ่งทำให้คุณสมบัติไม่ตรงกันอย่างมีนัยสำคัญ

เปรียบเทียบออกซิเจนกับโอโซน

สัญญาณ	ออกซิเจน	โอโซน
องค์ประกอบของโมเลกุล	2 อะตอมออกซิเจน	3 อะตอมออกซิเจน
ตึก
สถานะและสีรวม	ก๊าซใสไม่มีสีหรือของเหลวสีฟ้าซีด	ก๊าซสีน้ำเงิน ของเหลวสีน้ำเงิน ของแข็งสีม่วงเข้ม
กลิ่น	หายไป	แหลมชวนให้นึกถึงพายุฝนฟ้าคะนอง หญ้าแห้งที่เพิ่งตัดใหม่
จุดหลอมเหลว (°C)	-219	-193
จุดเดือด (°C)	-183	-112
ความหนาแน่น (g/l)	1, 4	2, 1
ความสามารถในการละลายน้ำ	ละลายเล็กน้อย	ดีกว่าอ็อกซิเจน
ปฏิกิริยา	ในสภาวะปกติเสถียร	ย่อยสลายง่ายให้กลายเป็นออกซิเจน

ข้อสรุปจากผลการเปรียบเทียบ: การดัดแปลงออกซิเจนแบบ allotropic ไม่แตกต่างกันในองค์ประกอบเชิงคุณภาพ โครงสร้างของโมเลกุลสะท้อนให้เห็นในคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของสาร

ปริมาณออกซิเจนและโอโซนในธรรมชาติเท่ากันหรือไม่

สารที่มีสูตรคือ O₂ พบในชั้นบรรยากาศ ไฮโดรสเฟียร์ เปลือกโลก และสิ่งมีชีวิต ประมาณ 20% ของบรรยากาศเกิดจากโมเลกุลออกซิเจนไดอะตอมมิก ในชั้นสตราโตสเฟียร์ที่ระดับความสูงประมาณ 12-50 กม. จากพื้นผิวโลก มีชั้นที่เรียกว่า "ฉากกั้นโอโซน" องค์ประกอบของมันถูกสะท้อนโดยสูตร O₃ โอโซนปกป้องโลกของเราโดยการดูดซับรังสีที่เป็นอันตรายของสเปกตรัมสีแดงและรังสีอัลตราไวโอเลตของดวงอาทิตย์อย่างเข้มข้น ความเข้มข้นของสารเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาและค่าเฉลี่ยของสารนั้นต่ำ - 0.001% ดังนั้น O₂ และ O₃ เป็นการดัดแปลงออกซิเจนแบบ allotropic ซึ่งมีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในการกระจายในธรรมชาติ

รับออกซิเจนและโอโซนอย่างไร

โมเลกุลออกซิเจนเป็นสารพื้นฐานที่สำคัญที่สุดบนโลก มันถูกสร้างขึ้นในส่วนสีเขียวของพืชในแสงระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง ด้วยการปล่อยไฟฟ้าจากแหล่งกำเนิดตามธรรมชาติหรือประดิษฐ์ โมเลกุลออกซิเจนไดอะตอมมิกจะสลายตัว อุณหภูมิที่กระบวนการเริ่มต้นคือประมาณ 2000 °C อนุมูลที่เป็นผลลัพธ์บางส่วนรวมตัวกันอีกครั้ง ก่อตัวเป็นออกซิเจน อนุภาคออกฤทธิ์บางชนิดทำปฏิกิริยากับโมเลกุลไดอะตอมออกซิเจน ปฏิกิริยานี้ทำให้เกิดโอโซนซึ่งทำปฏิกิริยากับอนุมูลอิสระด้วยออกซิเจน สิ่งนี้สร้างโมเลกุลไดอะตอม ปฏิกิริยาย้อนกลับได้นำไปสู่ความจริงที่ว่าความเข้มข้นของโอโซนในบรรยากาศเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ในชั้นสตราโตสเฟียร์ การก่อตัวของชั้นที่ประกอบด้วย O₃ โมเลกุลเกี่ยวข้องกับรังสีอัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์ หากไม่มีเกราะป้องกันนี้ รังสีอันตรายก็สามารถทะลุพื้นผิวโลกและทำลายสิ่งมีชีวิตทุกรูปแบบได้

การปรับเปลี่ยนออกซิเจนและกำมะถันแบบ Allotropic

องค์ประกอบทางเคมี O (Oxygenium) และ S (กำมะถัน) อยู่ในกลุ่มเดียวกันของตารางธาตุ มีลักษณะเฉพาะด้วยการก่อตัวของรูปแบบ allotropic ของโมเลกุลที่มีจำนวนอะตอมของกำมะถันต่างกัน (2, 4, 6, 8) ภายใต้สภาวะปกติ เสถียรที่สุดคือ S8 ซึ่งมีรูปร่างคล้ายมงกุฎ กำมะถันขนมเปียกปูนและโมโนคลินิกถูกสร้างขึ้นจากโมเลกุล 8 อะตอมดังกล่าว

ที่อุณหภูมิ 119 °C รูปแบบโมโนคลินิกสีเหลืองจะก่อตัวเป็นก้อนหนืดสีน้ำตาล - เป็นการดัดแปลงพลาสติก การศึกษาการปรับเปลี่ยนกำมะถันและออกซิเจนแบบ allotropic มีความสำคัญอย่างยิ่งในวิชาเคมีเชิงทฤษฎีและกิจกรรมภาคปฏิบัติ

ในระดับอุตสาหกรรม ใช้คุณสมบัติการออกซิไดซ์ในรูปแบบต่างๆ โอโซนใช้ในการฆ่าเชื้อในอากาศและน้ำ แต่ที่ความเข้มข้นสูงกว่า 0.16 มก./ลบ.ม. ก๊าซนี้เป็นอันตรายต่อมนุษย์และสัตว์ โมเลกุลออกซิเจนเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการหายใจและมีการใช้ในอุตสาหกรรมและการแพทย์ Carbon allotropes มีบทบาทสำคัญในกิจกรรมทางเศรษฐกิจ(เพชร กราไฟต์) ฟอสฟอรัส (สีขาว สีแดง) และองค์ประกอบทางเคมีอื่นๆ