O3, även känt som ozon, är en mycket känd kemisk förening i våra kemiläroböcker. Ozon eller trioxygen är den oorganiska förening som finns i jordens atmosfär och som räddar oss från skadliga ultravioletta strålar från solen. Det finns en mycket berömd fråga om huruvida O3 är polär eller opolär.
I den här artikeln ska jag förklara svaret på den här frågan i detalj och vi ska försöka lära oss om O3-molekylens kemiska struktur.
Så, är O3 polär eller opolär? O3 är en polär molekyl och det beror på dess böjda molekylgeometri. I O3 balanserar inte bindningarnas elektriska dipolmoment varandra vilket resulterar i ett nettodipolmoment. På grund av detta är O3 (ozon) polär till sin natur.
Låt oss studera detta i detalj.
Molekylstruktur för O3
Låt oss först titta på Lewisstrukturen för O3. Syre (O) har atomnumret 8 och det finns 6 elektroner i dess valensskal.
Den mellersta syreatomen delar 4 elektroner för att bilda 1 dubbelbindning och 1 enkelbindning med de andra 2 syreatomerna.
Omedelbart blir folk förvirrade över att om den mellersta syreatomen bildar 1 dubbelbindning och 1 enkelbindning med de andra 2 syreatomerna, så borde det finnas 3 obundna elektroner kvar på den. Men i verkligheten finns det bara 2 obundna elektroner kvar på den mellersta syreatomen.
Det beror på att O3 har 2 resonansstrukturer som fortsätter att resonera och dubbelbindning och enkelbindning bildas alternativt på båda sidor. Båda dessa strukturer visas i figuren ovan.
Därmed är den mellersta syreatomen kvar med 1 ensam elektronpar. Dessutom ger det ensamma paret större repulsion till bindningspar på båda sidor, och O3:s molekylgeometri blir böjd. Vinkeln mellan dess bindningspar blir 116 grader.
På grund av den avstötande verkan mellan det ensamma paret och bindningsparet är O3-molekylen böjd i sin form, vilket resulterar i en nettodipol som ger molekylen polaritet.
Varför är O2 opolär men O3 polär?
I O2-molekylen är två syreatomer sammanfogade med en dubbelbindning mellan dem. Var och en av dessa atomer har två ensamstående par på varandra, men eftersom det bara finns två atomer i denna molekyl har O2 en linjär form.
Alltså är atomerna desamma, dvs. syreatomen, och därför finns det inget nettodipolmoment i molekylen. Därför är O2-molekylen opolär.
Men fallet med O3 är annorlunda eftersom det finns tre atomer, vilket gör att den har en böjd form. Denna böjda form resulterar i en elektrisk nettodipol som ger O3-molekylen en polär karaktär.
Ozonmolekylen upprätthåller ingen symmetri, den har en böjd form på grund av att alla syreatomer har ojämnt fördelade ensamstående par.
Det är välkänt att avstötningen av ensamstående par mot ensamstående par är större än avstötningen av bindningspar mot bindningspar och ensamstående par mot bindningspar. Därför möter syreatomer i ozon lone pair-lone pair repulsion som leder till en böjd form.
Den yttre syreatomen som är ansluten till den centrala atomen har en delvis negativ laddning eftersom den innehåller fler lone pair-par än andra syreatomer. Medan den centrala syreatomen har en delvis positiv laddning på sig.
Faktorer som bestämmer en molekyls polaritet
Dipolmoment
Den polära molekylen har alltid ett nettovärde för dipolmomentet. Exempelvis är dipolmomentet hos ozon 0,53 D. Debye är SI-enheten för dipolmoment som betecknas med ”D”.
Nettodipolmomentet hos en opolär molekyl blir 0 D. Ju större värdet på nettodipolmomentet är, desto mer är molekylens polaritet.
Elektronegativitet
I en molekyl, om det finns en skillnad i elektronegativitet mellan de båda atomerna, är den bindning som delas av båda polära. Större skillnad i atomernas elektronegativitet mer är den totala polariteten.
Om vi tittar på strukturen hos en syremolekyl har båda syreatomerna samma elektronegativitet. Därför är O2 opolär.
Symmetri
En molekyls polaritet och opolaritet kan också bestämmas genom att bara titta på molekylens strukturella geometri. Om molekylen inte har symmetri kommer den att vara en polär molekyl och om formen är symmetrisk är den opolär.
Om vi tittar på gasmolekylen koldioxid är C-O-bindningen polär på grund av skillnaden i elektronegativitet. CO2-molekylen som är symmetrisk har båda C-O-bindningarna i 180 grader som upphäver polariteten. CO2 är alltså opolär.
Genom att titta på dessa faktorer kan vi kontrollera om en molekyl är polär eller opolär.
Ozonets egenskaper
Ozon skyddar jorden från de ultravioletta strålarna som kommer från solen. Ett lager bildas runt atmosfärens spektrum och det absorberar starkt UV-strålarna runt 220-290 nm.
Och utan detta lager kan dessa UV-strålar skada vattenlevande organismer och växter på jordens yta och även människor. Ozonskiktet håller dock på att utarmas på grund av den globala uppvärmningen som ökar dag för dag.
Ozon är tätare än luften i miljön. Dess ångdensitet är cirka 24.
Vid avveckling av ozon förändras det till en djupt blå färgad vätska.
Rent ozon finns i gasform i blå färg med en kraftig irriterande lukt. Vid stelning finns det som violett-svarta kristaller.
Ozonets kokpunkt ligger runt -112 grader Celcius.
Ozon är lösligt i vatten vid atmosfäriskt tryck. Ozon är således en bra oxidationsmedel med en oxidationspotential på 2,07 V. Eftersom det är ett starkt oxidationsmedel används det också vid vattenbehandling.
Ozon är elektrofilt och reagerar mycket selektivt med andra grundämnen.
Ozon är mindre stabilt i vatten än i luft. I vatten är ozons halveringstid cirka 20 minuter medan den i luft är 12 timmar.
I vattenrening används den för sterilisering av dricksvatten på grund av sin oxiderande egenskap.
Den används också inom textilindustrin för blekning.
Jag hoppas att du har förstått varför ozon är polärt i naturen och vilka egenskaper det har.