O3, cunoscut și sub numele de ozon, este un compus chimic foarte cunoscut în manualele noastre de chimie. Ozonul sau trioxigenul este compusul anorganic prezent în atmosfera Pământului care ne salvează de razele ultraviolete dăunătoare venite de la Soare. Există o întrebare foarte faimoasă cu privire la faptul dacă O3 este polar sau nepolar.
În acest articol, voi explica răspunsul la această întrebare în detaliu și vom încerca să învățăm despre structura chimică a moleculei de O3.
Deci, O3 este polar sau nepolar? O3 este o moleculă polară și acest lucru se datorează geometriei sale moleculare curbate. În O3, momentele dipolare electrice ale legăturilor nu se contrabalansează între ele, ceea ce duce la un moment dipolar net. Datorită acestui fapt, O3 (Ozonul) este de natură polară.
Să studiem acest lucru în detaliu.
Structura moleculară a O3
Să ne uităm mai întâi la structura Lewis a O3. Oxigenul (O) are un număr atomic de 8 și există 6 electroni în învelișul său de valență.
Actomul de oxigen din mijloc împarte 4 electroni pentru a forma 1 legătură dublă și 1 legătură simplă cu ceilalți 2 atomi de oxigen.
Câteodată oamenii sunt confuzi că dacă oxigenul din mijloc face 1 legătură dublă și 1 legătură simplă cu ceilalți 2 atomi de oxigen, atunci ar trebui să rămână 3 electroni nelegat pe el. Dar, în realitate, pe atomul de oxigen din mijloc au rămas doar 2 electroni de nelegare.
Se datorează faptului că O3 are 2 structuri de rezonanță care continuă să rezoneze, iar legătura dublă și legătura simplă se formează alternativ în ambele părți. Ambele structuri sunt prezentate în figura de mai sus.
În consecință, atomul de oxigen din mijloc rămâne cu 1 pereche solitară de electroni. De asemenea, perechea singuratică asigură o repulsie mai mare pentru perechile de legături de pe ambele părți, geometria moleculară O3 iese îndoită. Unghiul dintre perechile sale de legături se dovedește a fi de 116 grade.
Datorită respingerii perechii singuratice-pereche de legături, molecula O3 are o formă curbată, ceea ce duce la un dipol net care conferă polaritate moleculei.
De ce O2 este nepolar, dar O3 este polar?
În molecula O2, 2 atomi de oxigen sunt uniți între ei cu o legătură dublă între ei. Fiecare dintre acești atomi are 2 perechi solitare unul față de celălalt, dar cum există doar 2 atomi în această moleculă, O2 are o formă liniară.
De asemenea, atomii sunt aceiași, adică atomul de oxigen, prin urmare, nu există un moment dipolar net în moleculă. Prin urmare, molecula O2 se dovedește a fi nepolară.
Dar cazul lui O3 este diferit, deoarece există 3 atomi datorită cărora are o formă curbată. Această formă curbată are ca rezultat un dipol electric net care conferă moleculei de O3 natura polară.
Molcula de ozon nu păstrează nicio simetrie, are o formă curbată datorită perechilor singuratice inegale pe toți atomii de oxigen.
Este foarte bine cunoscut faptul că repulsia perechea singuratică-pereche singuratică este mai mare decât repulsia perechea de legături-pereche de legături și perechea singuratică-pereche de legături. Prin urmare, atomii de oxigen din ozon se confruntă cu o respingere pereche singuratică-pereche singuratică care duce la o formă curbată.
Atomul de oxigen exterior care este conectat la atomul central are o sarcină parțial negativă deoarece conține mai multe perechi singuratice decât ceilalți atomi de oxigen. În timp ce atomul de oxigen central are o sarcină pozitivă parțială pe el.
Factori care determină polaritatea unei molecule
Moment de dipol
Molcula polară are întotdeauna o valoare netă a momentului de dipol. De exemplu, momentul dipolar al ozonului este de 0,53 D. Debye este unitatea SI de moment dipolar notată cu „D”.
Momentul dipolar net al unei molecule nepolare ajunge să fie 0 D. Cu cât este mai mare valoarea momentului dipolar net, cu atât mai mare este polaritatea moleculei.
Electronegativitatea
Într-o moleculă, dacă există o diferență între electronegativitățile celor doi atomi, atunci legătura împărtășită de ambii este polară. Mai mare este diferența dintre electronegativitățile atomilor mai mare este polaritatea generală.
Dacă ne uităm la structura unei molecule de oxigen, ambii atomi de oxigen au aceeași electronegativitate. Astfel, O2 este nepolar.
Simetria
Polaritatea și nepolaritatea unei molecule pot fi determinate și prin simpla observare a geometriei structurale a moleculei. Dacă molecula nu are simetrie, se dovedește a fi o moleculă polară, iar dacă forma este simetrică, este nepolară.
Dacă ne uităm la molecula de gaz dioxid de carbon, legătura C-O este polară datorită diferenței de electronegativitate. Molecula de CO2 fiind simetrică are ambele legături C-O la 180 de grade care anulează polaritatea. Astfel, CO2 este nepolară.
Cu ajutorul acestor factori, putem verifica dacă o moleculă este polară sau nepolară.
Proprietăți ale ozonului
Ozonul protejează Pământul de razele ultraviolete venite de la soare. Se formează un strat în jurul spectrului atmosferic și acesta absoarbe puternic razele UV în jurul valorii de 220-290 nm.
Fără acest strat, aceste raze UV pot afecta viața acvatică și plantele de la suprafața pământului, dar și oamenii. Cu toate acestea, stratul de ozon se epuizează din cauza încălzirii globale care crește pe zi ce trece.
Ozonul este mai dens decât aerul din mediul înconjurător. Densitatea vaporilor săi este de aproximativ 24.
La lichidarea ozonului, acesta se transformă într-un lichid de culoare albastru închis.
Ozonul pur există sub formă gazoasă de culoare albastră cu un miros puternic iritant. La solidificare, există sub formă de cristale de culoare negru-violet.
Punctul de fierbere al ozonului este în jur de -112 grade Celsius.
Ozonul este solubil în apă la presiunea atmosferică. Astfel, ozonul este un bun oxidant cu un potențial de oxidare de 2,07 V. Fiind un oxidant puternic, este folosit și în tratarea apei.
Ozonul este electrofil și reacționează foarte selectiv cu alte elemente.
Ozonul este mai puțin stabil în apă decât în aer. În apă, timpul de înjumătățire al ozonului se reduce la aproximativ 20 de minute, în timp ce, în aer, timpul de înjumătățire se reduce la 12 ore.
În tratarea apei, este utilizat pentru sterilizarea apei potabile datorită proprietății sale oxidante.
Este, de asemenea, utilizat în industria textilă în scopuri de albire.
Deci, sper că ați înțeles de ce ozonul este polar în natură și care sunt caracteristicile sale.