O2 und O3?
Warum tendiert Sauerstoff dazu sich in O2 Molekülen anzuordnen und wieso können sich große Mengen Ozon(O3) nicht lange halten und werden wieder zu O2?
3 Antworten
Das Ozonmolekül hat eine kleinere Bindungsenergie je Atom als das Disauerstoffmolekül.
Das Disauerstoffmolekül hat eine gewöhnliche Doppelbindung, bei der alle Elektronenorbitale der Sauerstoffatome gefüllt sind, wodurch die Verbindung besonders stabil ist. (Tatsächlich hat die Verbindung teilweise "radikalischen" Charakter - die Elektronen der pi-Bindung sind in verschiedenen pi-Orbitalen und damit letztlich ungepaart. Das aber nur nebenbei.)
Man kann sich das Ozonmolekül als Dreieck nit drei Einzelbindungen vorstellen, aber solche "zyklischen Verbindungen" sind ausgesprochen instabil. Stabiler ist die gewinkelte Anordnung mit einer Doppelbindung und einer Einfachbindung, wobei die Bindungen ständig ihre Plätze tauschen - genauer: das Molekül befindet sich in einem Zwischenzustand mit zwei "Anderthalb-Bindungen" ("Mesomerie"). Mesomere Verbindungen sind grundsätzlich stabiler als ihre Grenzformeln erwarten lassen, und ohne Mesomerie gäbe es wohl überhaupt kein Ozon.
Wenn zwei Ozon-Moleküle in der richtigen Orientierung aneinanderstoßen, können sich die beiden "überflüssigen" Atome miteinander verbinden. Dadurch wird mehr Energie frei als beim Auflösen der Ozon-Moleküle verbraucht wird. Deshalb zerlegt sich das Ozon im Laufe der Zeit in Disauerstoff.
Weil O3-Moleküle eine schwächere Bindung haben und durch Zufuhr von Energie (z.B. Sonnenlicht) wieder zerfallen und sich zu stabileren O2-Molekülen verbinden.
Ozon-Moleküle sind energetisch instabil. Durch ihre schwächere Bindung zerfallen sie deshalb unter Energiezufuhr zu stabilen Sauerstoff-Molekülen.