O3, známý také jako ozon, je v našich učebnicích chemie velmi známou chemickou sloučeninou. Ozon neboli trioxid je anorganická sloučenina přítomná v zemské atmosféře, která nás chrání před škodlivým ultrafialovým zářením přicházejícím ze Slunce. Existuje velmi známá otázka týkající se toho, zda je O3 polární nebo nepolární.
V tomto článku podrobně vysvětlím odpověď na tuto otázku a pokusíme se poznat chemickou strukturu molekuly O3.
Je tedy O3 polární nebo nepolární? O3 je polární molekula, a to díky své ohnuté molekulové geometrii. V O3 se elektrické dipólové momenty vazeb navzájem nevyvažují, což vede k čistému dipólovému momentu. Díky tomu je O3 (ozon) polární povahy.
Podívejme se na to podrobněji.
Molekulární struktura O3
Podívejme se nejprve na Lewisovu strukturu O3. Kyslík (O) má atomové číslo 8 a v jeho valenční slupce je 6 elektronů.
Střední atom kyslíku sdílí 4 elektrony a vytváří 1 dvojnou vazbu a 1 jednoduchou vazbu s ostatními 2 atomy kyslíku.
Občas lidi mate, že pokud střední kyslík vytváří 1 dvojnou vazbu a 1 jednoduchou vazbu s ostatními 2 atomy kyslíku, pak by na něm měly zbýt 3 nevazebné elektrony. Ve skutečnosti však na středním atomu kyslíku zbývají jen 2 nevazebné elektrony.
Je to proto, že O3 má 2 rezonanční struktury, které stále rezonují a na obou stranách se střídavě tvoří dvojná vazba a jednoduchá vazba. Obě tyto struktury jsou znázorněny na výše uvedeném obrázku.
Střednímu atomu kyslíku tedy zbývá 1 osamělý pár elektronů. Také osamělý pár zajišťuje větší odpuzování vazebných párů na obou stranách, geometrie molekuly O3 vychází ohnutá. Úhel mezi jeho vazebnými páry vychází 116 stupňů.
V důsledku odpuzování osamělého páru a vazebného páru má molekula O3 ohnutý tvar, což má za následek vznik čistého dipólu, který molekule propůjčuje polaritu.
Proč je O2 nepolární, ale O3 polární?
V molekule O2 jsou spojeny 2 atomy kyslíku, mezi nimiž je dvojná vazba. Každý z těchto atomů má na sobě 2 osamělé páry, ale protože v této molekule jsou pouze 2 atomy, má O2 lineární tvar.
Také atomy jsou stejné, tj. atom kyslíku, proto v molekule není žádný čistý dipólový moment. Proto molekula O2 vychází jako nepolární.
Případ O3 je však odlišný, protože v něm jsou 3 atomy, díky nimž má ohnutý tvar. Tento ohnutý tvar má za následek vznik čistého elektrického dipólu, který molekule O3 propůjčuje polární charakter.
Molekula ozonu nezachovává žádnou symetrii, má ohnutý tvar v důsledku nestejných osamělých párů na všech atomech kyslíku.
Je velmi dobře známo, že odpuzování osamělý pár-osamělý pár je větší než odpuzování vazebný pár-vazebný pár a osamělý pár-vazebný pár. Proto atomy kyslíku v ozonu čelí odpuzování osamělý pár-osamělý pár, které vede k ohnutému tvaru.
Vnější atom kyslíku, který je spojen s centrálním atomem, má částečně záporný náboj, protože obsahuje více osamělých párů než ostatní atomy kyslíku. Zatímco centrální atom kyslíku má na sobě částečný kladný náboj.
Faktory, které určují polaritu molekuly
Dipólový moment
Polární molekula má vždy čistou hodnotu dipólového momentu. Například dipólový moment ozonu je 0,53 D. Debyeova jednotka dipólového momentu v soustavě SI se označuje „D“.
Čistý dipólový moment nepolární molekuly vychází 0 D. Větší hodnota čistého dipólového momentu znamená větší polaritu molekuly.
Elektronegativita
Pokud je v molekule rozdíl v elektronegativitě obou atomů, pak je společná vazba polární. Větší rozdíl v elektronegativitách atomů je větší celková polarita.
Podíváme-li se na strukturu molekuly kyslíku, mají oba atomy kyslíku stejnou elektronegativitu. O2 je tedy nepolární.
Symetrie
Polaritu a nepolaritu molekuly lze určit také pouhým pohledem na strukturní geometrii molekuly. Pokud molekula nemá symetrii, vychází jako polární molekula, a pokud je tvar symetrický, je nepolární.
Podíváme-li se na molekulu plynného oxidu uhličitého, je vazba C-O polární díky rozdílu elektronegativity. Molekula CO2, která je symetrická, má obě vazby C-O pod úhlem 180 stupňů, což polaritu ruší. CO2 je tedy nepolární.
Podle těchto faktorů můžeme ověřit, zda je molekula polární nebo nepolární.
Vlastnosti ozonu
Ozon chrání Zemi před ultrafialovým zářením přicházejícím ze Slunce. Kolem atmosférického spektra se vytváří vrstva, která silně pohlcuje UV záření o vlnové délce kolem 220-290 nm.
Bez této vrstvy může toto UV záření poškodit vodní organismy a rostliny na zemském povrchu a také člověka. Ozonová vrstva se však v důsledku globálního oteplování, které se den ode dne zvyšuje, vyčerpává.
Ozon je hustší než vzduch v prostředí. Hustota jeho par je přibližně 24.
Po zkapalnění se ozon mění na tmavě modře zbarvenou kapalinu.
Čistý ozon existuje v plynné formě modré barvy se silným dráždivým zápachem. Při tuhnutí existuje ve formě fialově černých krystalů.
Teplota varu ozonu je přibližně -112 stupňů Celsia.
Ozon je při atmosférickém tlaku rozpustný ve vodě. Ozon je tedy dobrým oxidačním činidlem s oxidačním potenciálem 2,07 V. Protože je silným oxidačním činidlem, používá se také při úpravě vody.
Ozon je elektrofilní a reaguje velmi selektivně s jinými prvky.
Ozon je ve vodě méně stabilní než ve vzduchu. Ve vodě je poločas rozpadu ozonu asi 20 minut, zatímco na vzduchu je jeho poločas rozpadu 12 hodin.
V úpravě vody se díky svým oxidačním vlastnostem používá ke sterilizaci pitné vody.
Používá se také v textilním průmyslu k bělení.
Takže doufám, že jste pochopili, proč je ozon v přírodě polární a jaké jsou jeho vlastnosti.
.