Az O3, más néven ózon egy nagyon híres kémiai vegyület a kémia tankönyveinkben. Az ózon vagy trioxigén a Föld légkörében jelenlévő szervetlen vegyület, amely megóv minket a Napból érkező káros ultraibolya sugárzástól. Van egy nagyon híres kérdés arra vonatkozóan, hogy az O3 poláris vagy nem poláris.
Ebben a cikkben részletesen elmagyarázom a választ erre a kérdésre, és megpróbáljuk megismerni az O3 molekula kémiai szerkezetét.
Az O3 tehát poláris vagy nem poláris? Az O3 poláris molekula, és ez a hajlított molekulageometriájának köszönhető. Az O3-ban a kötések elektromos dipólusmomentumai nem ellensúlyozzák egymást, ami nettó dipólusmomentumot eredményez. Emiatt az O3 (ózon) poláros természetű.
Vizsgáljuk meg ezt részletesen.
Az O3 molekulaszerkezete
Lássuk először az O3 Lewis szerkezetét. Az oxigén (O) atomszáma 8, és 6 elektron van a valenciahéjában.
A középső oxigénatom 4 elektronon osztozik, hogy 1 kettős kötést és 1 egyszerű kötést alakítson ki a másik 2 oxigénatommal.
Néha az embereket összezavarja, hogy ha a középső oxigén 1 kettős kötést és 1 egyszerű kötést létesít a másik 2 oxigénatommal, akkor 3 nem kötődő elektronnak kellene rajta maradnia. A valóságban azonban csak 2 nem kötődő elektron marad a középső oxigénatomon.
Ez azért van, mert az O3-nak 2 rezonanciaszerkezete van, amelyek folyamatosan rezonálnak, és mindkét oldalon felváltva alakul ki kettős kötés és egyszerű kötés. Mindkét szerkezet a fenti ábrán látható.
A középső oxigénatomon tehát 1 magányos elektronpár marad. Továbbá, a magányos pár nagyobb taszítást biztosít a kötéspároknak mindkét oldalon, az O3 molekulageometria hajlítottnak jön ki. A kötéspárok közötti szög 116 fok.
A magányos pár-kötéspár taszítás miatt az O3 molekula alakja meghajlik, ami egy nettó dipólust eredményez, amely polaritást kölcsönöz a molekulának.
Miért nem poláris az O2, de az O3 poláris?
Az O2 molekulában 2 oxigénatom kapcsolódik egymáshoz, közöttük kettős kötéssel. Mindegyik atomnak 2 magányos párja van egymáson, de mivel ebben a molekulában csak 2 atom van, az O2 lineáris alakú.
Az atomok továbbá azonosak, azaz oxigénatomok, ezért nincs nettó dipólusmomentum a molekulában. Ezért az O2 molekula nem pólusos.
Az O3 esetében azonban más a helyzet, mivel 3 atom van benne, ami miatt hajlított alakú. Ez a hajlított alak nettó elektromos dipólust eredményez, ami az O3 molekulának poláris jelleget kölcsönöz.
Az ózonmolekula nem szimmetrikus, az összes oxigénatomon lévő egyenlőtlen magányos párok miatt hajlított alakú.
Az jól ismert, hogy a magányos pár-magányos pár taszítás nagyobb, mint a kötéspár-kötéspár és a magányos pár-kötéspár taszítás. Ezért az oxigénatomok az ózonban a magányos pár-magányos pár taszításnak vannak kitéve, ami hajlított alakhoz vezet.
A központi atomhoz kapcsolódó külső oxigénatom részleges negatív töltéssel rendelkezik, mivel több magányos párt tartalmaz, mint a többi oxigénatom. Míg a központi oxigénatomon részleges pozitív töltés van.
A molekula polaritását meghatározó tényezők
Dipolmomentum
A poláris molekulának mindig van nettó dipolmomentum értéke. Például az ózon dipólusmomentuma 0,53 D. Debye a dipólusmomentum SI-egysége, amelyet “D”-vel jelölünk.
A nem poláris molekula nettó dipólusmomentuma 0 D-re jön ki. Minél nagyobb a nettó dipólusmomentum értéke, annál polárisabb a molekula.
Elektronegativitás
Egy molekulában, ha a két atom elektronegativitása között különbség van, akkor a két atom közös kötése poláris. Minél nagyobb az atomok elektronegativitásának különbsége, annál nagyobb az általános polaritás.
Ha egy oxigénmolekula szerkezetét nézzük, mindkét oxigénatomnak azonos az elektronegativitása. Így az O2 nem poláris.
Szimmetria
A molekula polaritását és nem polaritását pusztán a molekula szerkezeti geometriájának megtekintésével is meg lehet határozni. Ha a molekula nem szimmetrikus, akkor jön ki, hogy poláros molekula, ha pedig az alakja szimmetrikus, akkor nem poláros.
Ha a szén-dioxid gázmolekulát nézzük, akkor a C-O kötés az elektronegativitás különbsége miatt poláros. Mivel a CO2 molekula szimmetrikus, mindkét C-O kötés 180 fokban van, ami kioltja a polaritást. Így a CO2 nem poláris.
Ezeket a tényezőket vizsgálva ellenőrizhetjük, hogy egy molekula poláris vagy nem poláris.
Az ózon tulajdonságai
Az ózon megvédi a Földet a Napból érkező ultraibolya sugárzástól. A légkör spektruma körül egy réteg képződik, amely erősen elnyeli a 220-290 nm körüli UV-sugarakat.
Egy ilyen réteg nélkül ezek az UV-sugarak károsíthatják a földfelszínen élő vízi élőlényeket és növényeket, valamint az embert is. Az ózonréteg azonban a napról napra növekvő globális felmelegedés miatt kimerülőben van.
Az ózon sűrűbb, mint a környezetben lévő levegő. Párasűrűsége 24 körül van.
Az ózon elfolyósodásakor mélykék színű folyadékká változik.
A tiszta ózon kék színű, erősen irritáló szagú gáz halmazállapotban létezik. Megszilárduláskor lila-fekete kristályokként létezik.
Az ózon forráspontja -112 Celsius-fok körül van.
Az ózon atmoszférikus nyomáson vízben oldódik. Így az ózon jó oxidálószer, oxidációs potenciálja 2,07 V. Mivel erős oxidálószer, a vízkezelésben is használják.
Az ózon elektrofil, és nagyon szelektíven reagál más elemekkel.
Az ózon kevésbé stabil vízben, mint levegőben. Vízben az ózon felezési ideje kb. 20 perc, míg a levegőben 12 óra.
Vízkezelésben oxidáló tulajdonsága miatt az ivóvíz sterilizálására használják.
A textiliparban is használják fehérítési célokra.
Így remélem, megértette, miért poláris az ózon a természetben és mik a jellemzői.