O3, også kendt som ozon, er en meget berømt kemisk forbindelse i vores kemilærebøger. Ozon eller trioxygen er den uorganiske forbindelse, der findes i Jordens atmosfære, og som beskytter os mod skadelige ultraviolette stråler fra Solen. Der er et meget berømt spørgsmål om, hvorvidt O3 er polær eller upolær.
I denne artikel vil jeg forklare svaret på dette spørgsmål i detaljer, og vi vil forsøge at lære om den kemiske struktur af O3-molekylet.
Så, er O3 polær eller upolær? O3 er et polært molekyle, og det skyldes dets bøjede molekylærgeometri. I O3 opvejer de elektriske dipolmomenter i bindingerne ikke hinanden, hvilket resulterer i et nettodipolmoment. På grund af dette er O3 (Ozon) polært af natur.
Lad os undersøge dette i detaljer.
Molekylestruktur for O3
Lad os først se på Lewis-strukturen for O3. Oxygen (O) har et atomnummer på 8, og der er 6 elektroner i dets valensskal.
Det midterste oxygenatom deler 4 elektroner til at danne 1 dobbeltbinding og 1 enkeltbinding med de 2 andre oxygenatomer.
Sommetider bliver folk forvirrede over, at hvis det midterste oxygenatom laver 1 dobbeltbinding og 1 enkeltbinding med de 2 andre oxygenatomer, så burde der være 3 ikke-bundene elektroner tilbage på det. Men i virkeligheden er der kun 2 ubindende elektroner tilbage på det midterste iltatom.
Det skyldes, at O3 har 2 resonansstrukturer, der bliver ved med at resonere, og dobbeltbinding og enkeltbinding dannes skiftevis på begge sider. Begge disse strukturer er vist i figuren ovenfor.
Dermed er det midterste iltatom efterladt med 1 enkeltstående elektronpar. Desuden giver det ensomme par større frastødning til bindingspar på begge sider, O3 molekylær geometri kommer ud til at være bøjet. Vinklen mellem dets bindingspar er 116 grader.
Da O3-molekylet er bøjet i sin form på grund af den ensomme par-bindingspar-repulsion er O3-molekylet bøjet, hvilket resulterer i en nettodipol, der giver molekylet polaritet.
Hvorfor er O2 upolær, men O3 polær?
I O2-molekylet er 2 oxygenatomer forbundet med en dobbeltbinding mellem dem. Hvert af disse atomer har 2 ensomme par på hinanden, men da der kun er 2 atomer i dette molekyle, har O2 en lineær form.
Dertil kommer, at atomerne er de samme, dvs. iltatomer, hvorfor der ikke er noget nettodipolmoment i molekylet. Derfor er O2-molekylet upolært.
Men tilfældet med O3 er anderledes, da der er 3 atomer, hvilket gør, at det har en bøjet form. Denne bøjede form resulterer i en elektrisk nettodipol, som giver O3-molekylet polar karakter.
Ozonmolekylet opretholder ikke nogen symmetri, det er bøjet i form på grund af ulige lone par på alle oxygenatomer.
Det er meget velkendt, at lone pair-lone pair repulsion er større end bond pair-bond pair og lone pair-bond pair repulsion. Derfor står iltatomer i ozon over for lone pair-lone pair repulsion, der fører til en bøjet form.
Det yderste iltatom, der er forbundet med det centrale atom, har en delvis negativ ladning, da det indeholder flere lone pair-par end andre iltatomer. Mens det centrale iltatom har en delvis positiv ladning på sig.
Faktorer, der bestemmer et molekyls polaritet
Dipolmoment
Det polære molekyle har altid en nettodipolmomentværdi. F.eks. er dipolmomentet for ozon 0,53 D. Debye er SI-enheden for dipolmomentet betegnet med “D”.
Det nettodipolmoment for et upolært molekyle er 0 D. Jo større værdien af nettodipolmomentet er, desto mere polært er molekylet.
Elektronegativitet
I et molekyle, hvis der er en forskel i elektronegativitet for begge atomer, er den binding, som begge deler, polær. Større er forskellen i atomernes elektronegativitet mere er den samlede polaritet.
Hvis vi ser på strukturen af et iltmolekyle, har begge iltatomer den samme elektronegativitet. O2 er således upolær.
Symmetri
Et molekyls polaritet og upolaritet kan også bestemmes ved blot at se på et molekyls strukturelle geometri. Hvis molekylet ikke har symmetri, kommer det ud til at være et polært molekyle, og hvis formen er symmetrisk, er det upolært.
Hvis vi ser på gasmolekylet kuldioxid, er C-O-bindingen polær på grund af forskellen i elektronegativitet. CO2-molekylet, der er symmetrisk, har begge C-O-bindinger i 180 grader, hvilket ophæver polariteten. CO2 er således upolær.
Gennem at se på disse faktorer kan vi kontrollere, om et molekyle er polært eller upolært.
Ozonens egenskaber
Ozon beskytter jorden mod de ultraviolette stråler, der kommer fra solen. Der dannes et lag omkring atmosfærens spektrum, og det absorberer kraftigt UV-strålerne omkring 220-290 nm.
Selv uden dette lag kan disse UV-stråler skade vandlevende organismer og planter på jordens overflade og også mennesker. Ozonlaget er imidlertid ved at blive udtømt på grund af den globale opvarmning, der stiger dag for dag.
Ozon er tættere end luften i miljøet. Dens dampdensitet er ca. 24.
Ved opløsning af ozon ændres det til en dybblå væske.
Ren ozon findes i gasform i blå farve og med en kraftig irriterende lugt. Ved størkning findes det som violetsorte krystaller.
Ozons kogepunkt er omkring -112 grader Celcius.
Ozon er opløseligt i vand ved atmosfærisk tryk. Ozon er således et godt oxidationsmiddel med et oxidationspotentiale på 2,07 V. Da det er et stærkt oxidationsmiddel, anvendes det også til vandbehandling.
Ozon er elektrofilt og reagerer meget selektivt med andre grundstoffer.
Ozon er mindre stabilt i vand end i luft. I vand er ozons halveringstid ca. 20 minutter, mens den i luft er 12 timer.
I vandbehandling anvendes det til sterilisering af drikkevand på grund af dets oxiderende egenskab.
Det anvendes også i tekstilindustrien til blegningsformål.
Så jeg håber, at du har forstået, hvorfor ozon er polært i naturen, og hvad dets egenskaber er.