Les atomes du même type peuvent faire partie de différentes substances. Pour l'élément désigné par le symbole "O" (du nom latin Oxygenium), deux substances simples communes dans la nature sont connues. La formule de l'un d'eux est O2, la seconde est O3. Ce sont des modifications allotropiques de l'oxygène (allotropes). Il existe d'autres composés moins stables (O4 et O8). La comparaison des molécules et des propriétés des substances aidera à comprendre la différence entre ces formes.
Qu'est-ce que les modifications allotropiques ?
De nombreux éléments chimiques peuvent exister sous deux, trois ou plusieurs formes. Chacune de ces modifications est formée d'atomes du même type. Le scientifique J. Berzellius en 1841 fut le premier à appeler un tel phénomène allotropie. La régularité ouverte n'était à l'origine utilisée que pour caractériser les substances de structure moléculaire. Par exemple, on connaît deux modifications allotropiques de l'oxygène dont les atomes forment des molécules. Plus tard, les chercheurs ont découvert que des modifications peuvent se trouver parmi les cristaux. Selon les concepts modernes, l'allotropie est l'un des cas de polymorphisme. Les différences entre les formes sont causées par des mécanismesformation d'une liaison chimique dans les molécules et les cristaux. Cette caractéristique se manifeste principalement par les éléments des groupes 13 à 16 du tableau périodique.
Comment différentes combinaisons d'atomes affectent-elles les propriétés de la matière ?
Les modifications allotropiques de l'oxygène et de l'ozone sont formées par des atomes de l'élément de numéro atomique 8 et du même nombre d'électrons. Mais ils diffèrent par leur structure, ce qui a entraîné une différence significative dans les propriétés.
| Panneaux | Oxygène | Ozone |
| Composition de la molécule | 2 atomes d'oxygène | 3 atomes d'oxygène |
| Bâtiment |
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| État et couleur d'agrégation | Gaz transparent incolore ou liquide bleu pâle | Gaz bleu, liquide bleu, solide violet foncé |
| Odeur | Manquant | Pointu, rappelant un orage, foin fraîchement coupé |
| Point de fusion (°C) | -219 | -193 |
| Point d'ébullition (°C) | -183 | -112 |
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Densité (g/l) |
1, 4 | 2, 1 |
| Solubilité dans l'eau | Se dissout légèrement | Mieux que l'oxygène |
| Réactivité | Dans des conditions normalesstable | Se décompose facilement pour former de l'oxygène |
Conclusions basées sur les résultats de la comparaison: les modifications allotropiques de l'oxygène ne diffèrent pas dans leur composition qualitative. La structure d'une molécule se reflète dans les propriétés physiques et chimiques des substances.
Les quantités d'oxygène et d'ozone sont-elles les mêmes dans la nature ?
Substance dont la formule est O2, présente dans l'atmosphère, l'hydrosphère, la croûte terrestre et les organismes vivants. Environ 20% de l'atmosphère est formée de molécules d'oxygène diatomique. Dans la stratosphère, à une altitude d'environ 12 à 50 km de la surface de la Terre, se trouve une couche appelée "écran d'ozone". Sa composition est reflétée par la formule O3. L'ozone protège notre planète en absorbant intensément les rayons dangereux du spectre rouge et ultraviolet du soleil. La concentration d'une substance change constamment et sa valeur moyenne est faible - 0,001%. Ainsi, O2 et O3 sont des modifications allotropiques de l'oxygène qui ont des différences significatives de distribution dans la nature.
Comment obtenir de l'oxygène et de l'ozone ?
L'oxygène moléculaire est la substance simple la plus importante sur Terre. Il se forme dans les parties vertes des plantes à la lumière lors de la photosynthèse. Avec les décharges électriques d'origine naturelle ou artificielle, la molécule d'oxygène diatomique se décompose. La température à laquelle le processus démarre est d'environ 2000 °C. Certains des radicaux résultants se combinent à nouveau, formant de l'oxygène. Certaines particules actives réagissent avec les molécules diatomiquesoxygène. Cette réaction produit de l'ozone, qui réagit également avec les radicaux libres d'oxygène. Cela crée des molécules diatomiques. La réversibilité des réactions conduit au fait que la concentration d'ozone atmosphérique change constamment. Dans la stratosphère, la formation d'une couche constituée de molécules O3 est associée au rayonnement ultraviolet du Soleil. Sans ce bouclier protecteur, des rayons dangereux pourraient atteindre la surface de la Terre et détruire toutes les formes de vie.
Modifications allotropiques de l'oxygène et du soufre
Les éléments chimiques O (Oxygenium) et S (Soufre) sont situés dans le même groupe du tableau périodique, ils se caractérisent par la formation de formes allotropiques. Parmi les molécules avec différents nombres d'atomes de soufre (2, 4, 6, 8), dans des conditions normales, la plus stable est S8, ressemblant à une couronne en forme. Le soufre rhombique et monoclinique est construit à partir de ces molécules à 8 atomes.
À une température de 119 °C, la forme monoclinique jaune forme une masse visqueuse brune - une modification plastique. L'étude des modifications allotropiques du soufre et de l'oxygène est d'une grande importance dans la chimie théorique et les activités pratiques.
À l'échelle industrielle, les propriétés oxydantes de diverses formes sont utilisées. L'ozone est utilisé pour désinfecter l'air et l'eau. Mais à des concentrations supérieures à 0,16 mg/m3, ce gaz est dangereux pour l'homme et les animaux. L'oxygène moléculaire est essentiel à la respiration et est utilisé dans l'industrie et la médecine. Les allotropes de carbone jouent un rôle important dans l'activité économique.(diamant, graphite), phosphore (blanc, rouge) et autres éléments chimiques.
