Z naszego artykułu dowiesz się, czym jest alotropia. Ta koncepcja ma charakter powszechny. Na przykład tlen i ozon to substancje, które składają się tylko z tlenu pierwiastka chemicznego. Jak to jest możliwe? Wymyślmy to razem.
Definicja pojęcia
Alotropia to zjawisko istnienia jednego pierwiastka chemicznego w postaci dwóch lub więcej prostych substancji. Za jej odkrywcę uważany jest Jens Berzelius, chemik i mineralog ze Szwecji. Alotropia to zjawisko, które ma wiele wspólnego z polimorfizmem kryształów. Wywołało to długą debatę wśród naukowców. Obecnie doszli do wniosku, że polimorfizm jest charakterystyczny tylko dla stałych substancji prostych.
Przyczyny alotropii
Nie wszystkie pierwiastki chemiczne mogą tworzyć kilka prostych substancji. Zdolność do alotropii wynika z budowy atomu. Najczęściej występuje w pierwiastkach o zmiennej wartości stopnia utlenienia. Należą do nich pół- i niemetale, gazy obojętne i halogeny.
Alotropia może być spowodowana kilkoma przyczynami. Należą do nich różna liczba atomów, kolejność ich łączenia w cząsteczkę, równoległość spinów elektronów, rodzajsieci krystalicznej. Rozważmy te rodzaje alotropii na konkretnych przykładach.
Tlen i ozon
Ten rodzaj alotropii jest przykładem tego, jak różna liczba atomów jednego pierwiastka chemicznego determinuje fizyczne i chemiczne właściwości substancji. Dotyczy to również fizjologicznego wpływu na organizmy żywe. Tak więc tlen składa się z dwóch atomów tlenu, ozon z trzech.
Jaka jest różnica między tymi substancjami? Oba są gazowe. Tlen nie ma koloru, smaku ani zapachu, jest półtora raza lżejszy od ozonu. Substancja ta jest dobrze rozpuszczalna w wodzie, a wraz ze spadkiem temperatury tempo tego procesu tylko wzrasta. Tlen jest potrzebny wszystkim organizmom do oddychania. Dlatego ta substancja jest niezbędna.
Ozon jest niebieski. Każdy z nas poczuł jego charakterystyczny zapach po deszczu. To szorstkie, ale całkiem przyjemne. W porównaniu z tlenem ozon jest bardziej reaktywny. Jaki jest powód? Podczas rozkładu ozonu powstaje cząsteczka tlenu i wolny atom tlenu. Natychmiast wchodzi w reakcje złożone, tworząc nowe substancje.
Niesamowite właściwości węgla
Ale liczba atomów w cząsteczce węgla zawsze pozostaje taka sama. Jednocześnie tworzy zupełnie inne substancje. Najczęstsze modyfikacje węgla to diament i grafit. Pierwsza substancja jest uważana za najtrudniejszą na świecie. Ta właściwość wynika z faktu, że atomy w diamencie są połączone silnymi wiązaniami kowalencyjnymi we wszystkich kierunkach. Razem tworzą trójwymiarową sieć czworościanów.
W graficie silne wiązania powstają tylko między atomami znajdującymi się w płaszczyźnie poziomej. Z tego powodu złamanie pręta grafitowego wzdłuż jest prawie niemożliwe. Ale wiązania, które łączą ze sobą poziome warstwy węgla, są bardzo słabe. Dlatego za każdym razem, gdy rysujemy prosty ołówek na papierze, pozostaje na nim szary ślad. To jest warstwa węgla.
Alotropia siarki
Przyczyna modyfikacji siarki leży również w cechach wewnętrznej struktury molekuł. Najbardziej stabilny kształt to romb. Kryształy tego typu alotropii siarki nazywane są romboidalnymi. Każdy z nich składa się z cząsteczek w kształcie korony, z których każda zawiera 8 atomów. Zgodnie ze swoimi właściwościami fizycznymi rombowa siarka jest żółtym ciałem stałym. Nie tylko nie rozpuszcza się w wodzie, ale nawet nie jest przez nią zwilżany. Przewodność cieplna i elektryczna są bardzo niskie.
Struktura siarki jednoskośnej jest reprezentowana przez równoległościan z ukośnymi narożnikami. Wizualnie ta substancja przypomina ciemnożółte igły. Jeśli siarka zostanie stopiona, a następnie umieszczona w zimnej wodzie, powstaje jej nowa modyfikacja. Jego pierwotna struktura rozpadnie się na łańcuchy polimerowe o różnej długości. W ten sposób uzyskuje się plastyczną siarkę - brązową gumowatą masę.
Modyfikacje fosforu
Naukowcy mają 11 rodzajów fosforu. Jej alotropia została odkryta niemal przez przypadek, podobnie jak sama substancja. W poszukiwaniu kamienia filozoficznego alchemik Brand otrzymał świetlistąsucha substancja powstająca w wyniku parowania moczu. To był biały fosfor. Substancja ta charakteryzuje się dużą aktywnością chemiczną. Wystarczy podnieść temperaturę do 40 stopni, aby biały fosfor wszedł w reakcję z tlenem i zapalił się.
W przypadku fosforu przyczyną alotropii jest zmiana struktury sieci krystalicznej. Można go zmienić tylko pod pewnymi warunkami. Tak więc, zwiększając ciśnienie i temperaturę w atmosferze dwutlenku węgla, uzyskuje się czerwony fosfor. Chemicznie jest mniej aktywny, więc nie charakteryzuje się luminescencją. Po podgrzaniu zamienia się w parę. Widzimy to za każdym razem, gdy zapalamy regularne mecze. Powierzchnia tarcia zawiera tylko czerwony fosfor.
Tak więc alotropia to istnienie jednego pierwiastka chemicznego w postaci kilku prostych substancji. Najczęściej spotykany wśród niemetali. Za główne przyczyny tego zjawiska uważa się odmienną liczbę atomów tworzących cząsteczkę substancji, a także zmianę konfiguracji sieci krystalicznej.
