4. Явище алотропії, алотропні видозміни Оксигену та Карбону.

Багато хімічних елементів утворюють кілька простих речовин, що відрізняються за будовою та властивостями. Це явище називається алотропією, а речовини, що утворюються, - алотропними видозмінами, або модифікаціями. Так, елемент оксиген утворює дві алотропічні модифікації – кисень О₂ і озон О₃; елемент карбон – три: алмаз, графіт і карбін.

Явище алотропії зумовлене двома причинами: 1) різним числом атомів у молекулі (наприклад, кисень О₂ і озон О₃); 2) утворенням різних кристалічних форм (наприклад алмаз, графіт і карбін).

Алотропна видозміна оксигену – це озон О₃. Озон – голубуватий газ із сильним запахом, що створює відчуття приємної свіжості, сильний окисник є отруйним; його температури плавлення і кипіння вищі, ніж кисню. Він виявляє значно більшу хімічну активність.

У лабораторних умовах озон добувають у приладі – озонаторі. Крізь оксиген пропускають електричний розряд. В результаті цього кисень перетворюється в озон.

Ел. розряд

3О₂ 2О₃

оксисен озон

У природі озон утворюється або під час грози внаслідок електричних розрядів, або при окисленні смоли хвойних дерев. Озон і надає приємного свіжого запаху повітрю в хвойних лісах після грози.

Озон хімічно значно активніший від оксисену. Так, наприклад деякі речовини (фосфор, спирт) в озоні займаються, каучук стає крихким, а барвники під дією озону знебарвлюються. Особлива хімічна активність озону пояснюється тим, що його молекули легко розпадаються:

О₃ → О₂ + О – атомарний оксисен

Атомарний оксисен, що утворюється, енергійніше реагує з речовинами ніж молекулярний.

Якісна реакція на озон: 2КІ + О₃ + Н₂О = І₂ + 2КОН + О₂↑

(дія крохмалю – реакційна суміш набуває синього забарвлення). Металічне срібло при дії озону чорніє, утворює на поверхні оксид срібла (ІІ) (Ag + O₃ = AgO + O₂).

Загальна назва простих речовин Карбону – вуглець. Серед них є речовини атомної будови – алмаз і графіт, а також молекулярна речовина фулерен.

Алмаз – безбарвна кристалічна речовина, яка не проводить електричного струму і є найтвердішою серед природних речовин. В алмазі кожний атом Карбону сполучений простими ковалентними зв’язками із чотирма іншими.

Графіт – темно – сіра речовина зі слабким металевим блиском, електропровідна і тугоплавка. Графіт має шарувату будову. Зв’язки між атомами реалізуються лише в шарі, який нагадує бджолиний стільник. Кожний атом Карбону сполучений із трьома іншими атомами простими ковалентними зв’язками за рахунок трьох валентних електронів. Четвертий електрон переходить від одного атома до іншого в шарі. Такі електрони зумовлюють електропровідність графіту. Завдяки шаруватій будові графіт досить м’який. Коли ми пишемо олівцем, шари атомів легко відокремлюються один від одного і залишаються на папері.

Молекула фулерену С₆₀ нагадує футбольний м’яч, зшитий із 20 шестикутників і 12 п’ятикутників.

Поширеність у природі

Вам відомо, що азот і кисень – основні складові повітря. Воно містить також невеликі кількості інертних газів, серед яких найбільше аргону. У верхніх шарах атмосфери переважають найлегші гази – водень і гелій.

У повітрі є й озон. Він зосереджений у шарі атмосфери, нижня межа якого проходить на висоті приблизно 20 км, а верхня – 25 км. Це так званий озоновий шар. Об’ємна частка озону в ньому не перевищує 0,0003 %. Якби можна було зібрати в атмосфері весь озон разом, то його шар був би завтовшки всього 2 – 3 мм.

Озон утворюється із кисню під впливом космічної радіації або електричних розрядів (коли виникає блискавка). Він є нестійким і швидко перетворюється на кисень, поглинаючи при цьому частину ультрафіолетових променів сонячного світла, шкідливих для живих організмів. Отже, розкладаючись, озон захищає людину, тварин, рослини.

У літосфері трапляються три прості речовини – сірка, графіт і алмаз. В Україні є поклади сірки (у Львівській, Івано – Франківській і Тернопільській областях) і графіту (у Кіровоградській і Запорізькій областях).

Вугілля нерідко приймають за просту речовину Карбону. Проте у ньому крім атомів Карбону є атоми інших елементів.