O3, ook bekend als ozon is een zeer bekende chemische verbinding in onze scheikundeleerboeken. Ozon of trioxygeen is de anorganische verbinding die in de atmosfeer van de aarde aanwezig is en die ons beschermt tegen schadelijke ultraviolette stralen afkomstig van de zon. Er is een zeer beroemde vraag over de vraag of O3 polair of niet-polair is.
In dit artikel zal ik het antwoord op deze vraag in detail uitleggen en zullen we proberen meer te leren over de chemische structuur van het O3-molecuul.
Zo, is O3 polair of niet-polair? O3 is een polair molecuul en dat is te danken aan zijn gebogen moleculaire geometrie. In O3 zijn de elektrische dipoolmomenten van de bindingen niet tegengesteld aan elkaar, waardoor er een netto dipoolmoment ontstaat. Hierdoor is O3 (Ozon) polair van aard.
Laten we dit eens in detail bestuderen.
Moleculaire structuur van O3
Laten we eerst eens kijken naar de Lewisstructuur van O3. Zuurstof (O) heeft een atoomnummer van 8 en er zijn 6 elektronen in zijn valentieschil.
Het middelste zuurstofatoom deelt 4 elektronen om 1 dubbele binding en 1 enkele binding met de andere 2 zuurstofatomen te vormen.
Soms raken mensen in de war dat als het middelste zuurstofatoom 1 dubbele binding en 1 enkele binding met de andere 2 zuurstofatomen maakt, er nog 3 niet-bindende elektronen over zouden moeten zijn. Maar in werkelijkheid zijn er slechts 2 ongebonden elektronen over op het middelste zuurstofatoom.
Dit komt omdat de O3 2 resonantiestructuren heeft die blijven resoneren en dubbele binding en enkele binding afwisselend aan beide kanten vormen. Beide structuren zijn te zien in de figuur hierboven.
Hierdoor blijft het middelste zuurstofatoom over met 1 lone paar elektronen. Ook zorgt het lone paar voor een grotere afstoting van de bindingsparen aan beide zijden, de O3 moleculaire geometrie wordt gebogen. De hoek tussen de bindingsparen bedraagt 116 graden.
Door de afstoting van het lone paar-bondparen is het O3-molecuul gebogen in vorm, wat resulteert in een netto dipool die polariteit in het molecuul brengt.
Waarom is O2 apolair en O3 polair?
In het O2-molecuul zijn 2 zuurstofatomen met een dubbele binding aan elkaar verbonden. Elk van deze atomen heeft 2 eenzame paren aan elkaar, maar omdat er slechts 2 atomen in dit molecuul zijn, is O2 lineair van vorm.
Ook zijn de atomen hetzelfde, d.w.z. het zuurstofatoom, zodat er geen netto dipoolmoment in het molecuul is. Daarom is het O2-molecuul niet polair.
Maar het geval van O3 is anders, omdat er 3 atomen zijn, waardoor het een gebogen vorm heeft. Deze gebogen vorm resulteert in een netto elektrische dipool die het O3-molecuul een polair karakter geeft.
Het Ozonmolecuul behoudt geen symmetrie, het is gebogen van vorm als gevolg van ongelijke lone paren op alle zuurstofatomen.
Het is zeer goed bekend dat de afstoting van lone paren groter is dan de afstoting van lone paren door bindingsparen en lone paren door bindingsparen. Daarom hebben zuurstofatomen in ozon te maken met afstoting van lone-pair-lone-pair, wat leidt tot een gebogen vorm.
Het buitenste zuurstofatoom dat met het centrale atoom is verbonden, heeft een gedeeltelijk negatieve lading omdat het meer lone-pairs bevat dan andere zuurstofatomen. Terwijl het middelste zuurstofatoom een gedeeltelijke positieve lading heeft.
Factoren die de polariteit van een molecuul bepalen
Dipoolmoment
Het polaire molecuul heeft altijd een netto dipoolmomentwaarde. Bijvoorbeeld, het dipoolmoment van ozon is 0,53 D. Debye is de SI-eenheid van dipoolmoment aangeduid met ‘D’.
Het netto dipoolmoment van een niet-polair molecuul komt uit op 0 D. Hoe groter de waarde van het netto dipoolmoment, hoe polairder het molecuul.
Elektronegativiteit
In een molecuul, als er een verschil is in elektronegativiteiten van beide atomen dan is de binding die door beide gedeeld wordt polair. Hoe groter het verschil in elektronegativiteit van de atomen, hoe groter de totale polariteit.
Als we naar de structuur van een zuurstofmolecuul kijken, hebben beide zuurstofatomen dezelfde elektronegativiteit. O2 is dus niet polair.
Symmetrie
De polariteit en niet-polariteit van een molecuul kan ook worden bepaald door alleen maar naar de structuurgeometrie van een molecuul te kijken. Als het molecuul geen symmetrie heeft, is het een polair molecuul en als de vorm symmetrisch is, is het niet-polair.
Als we naar het kooldioxide gasmolecuul kijken, is de C-O binding polair door het verschil in elektronegativiteit. De symmetrische CO2 molecule heeft beide C-O bindingen op 180 graden die de polariteit opheffen. CO2 is dus niet polair.
Door naar deze factoren te kijken, kunnen we nagaan of een molecuul polair of niet-polair is.
Eigenschappen van Ozon
Ozon beschermt de aarde tegen de ultraviolette stralen die van de zon afkomstig zijn. Er vormt zich een laag rond het spectrum van de atmosfeer die de UV-stralen rond 220-290 nm sterk absorbeert.
Zonder deze laag kunnen deze UV-stralen schade toebrengen aan het waterleven en de planten op het aardoppervlak en ook aan de mens. De ozonlaag raakt echter uitgeput als gevolg van de opwarming van de aarde, die met de dag toeneemt.
Ozon is dichter dan de lucht in de omgeving. De dampdichtheid is ongeveer 24.
Bij het oplossen van ozon verandert het in een diep blauw gekleurde vloeistof.
Zuivere ozon bestaat in een gasvormige vorm van blauwe kleur met een zware irriterende geur. Bij verharding bestaat het als violet-zwarte kristallen.
Het kookpunt van ozon ligt rond -112 graden Celcius.
Ozon is oplosbaar in het water bij atmosferische druk. Ozon is dus een goede oxidator met een oxidatiepotentiaal van 2,07 V. Omdat het een sterke oxidator is, wordt het ook gebruikt bij waterbehandeling.
Ozon is elektrofiel en reageert zeer selectief met andere elementen.
Ozon is in water minder stabiel dan in lucht. In water is de halfwaardetijd van ozon ongeveer 20 minuten, terwijl die in lucht 12 uur is.
In waterbehandeling wordt het gebruikt voor sterilisatie van drinkwater vanwege zijn oxiderende eigenschap.
Het wordt ook gebruikt in de textielindustrie voor het bleken.
Zo, ik hoop dat je hebt begrepen waarom ozon polair is in de natuur en wat zijn kenmerken zijn.