Τι είναι η αλλοτροπία; Αλλοτροπία άνθρακα, χημεία

2024 Συγγραφέας: Angel Austin | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 05:22

Οι λόγοι για την ποικιλομορφία των οργανικών ενώσεων είναι η ικανότητα των ατόμων άνθρακα να σχηματίζουν διάφορες αλυσίδες και κύκλους, που συνδέονται μεταξύ τους. Αυτό είναι το φαινόμενο της ισομέρειας. Και ποιος είναι ο λόγος της ποικιλομορφίας των απλών ανόργανων ουσιών; Αποδεικνύεται ότι αυτή η ερώτηση μπορεί να απαντηθεί εξετάζοντας τι είναι η αλλοτροπία. Με αυτό το φυσικό φαινόμενο στον κόσμο των χημικών στοιχείων συνδέεται η ύπαρξη διαφόρων μορφών απλών ενώσεων.

Τι είναι η αλλοτροπία;

Μπορείτε να απαντήσετε σε αυτήν την ερώτηση ως εξής. Αυτό είναι το φαινόμενο της ύπαρξης του ίδιου χημικού στοιχείου με τη μορφή πολλών απλών ουσιών. Δηλαδή, αν υπάρχουν 118 κελιά στον περιοδικό πίνακα, τότε αυτό δεν σημαίνει ότι υπάρχει ο ίδιος αριθμός ατόμων στη φύση. Κάθε ένα από τα στοιχεία (σχεδόν όλα) έχει μία ή περισσότερες ποικιλίες ή αλλοτροπικές τροποποιήσεις.

Πώς διαφέρουν αυτές οι ουσίες; Υπάρχουν δύο κύριοι λόγοι για αυτό το φαινόμενο:

• διαφορετικός αριθμός ατόμων σε ένα μόριο (αλλοτροπία σύνθεσης);
• άνιση δομή του κρυσταλλικού πλέγματος (αλλοτροπία σχήματος).

Συχνά αυτή η έννοια συνδέεται με τον όρο πολυμορφισμός. Ωστόσο, υπάρχει μια διαφορά μεταξύ τους. Τι είναι η αλλοτροπία; Αυτές είναι οι τροποποιήσεις ενός χημικού στοιχείου σε διαφορετικές απλές ουσίες,ανεξάρτητα από την κατάσταση της ύλης που βρίσκεται. Ενώ ο πολυμορφισμός είναι μια έννοια που εφαρμόζεται μόνο σε στερεές κρυσταλλικές ουσίες.

Διάφορες αλλοτροπικές τροποποιήσεις ενώσεων συνήθως υποδηλώνονται με λατινικά γράμματα πριν από το όνομά τους. Το άλφα τοποθετείται πάντα μπροστά από τη φόρμα που έχει το χαμηλότερο σημείο τήξης, σημείο βρασμού. Περαιτέρω αλφαβητικά και αυξανόμενοι δείκτες, αντίστοιχα.

Παρά το γεγονός ότι το χημικό στοιχείο στη βάση των απλών ουσιών είναι το ίδιο, οι ιδιότητες των τροποποιήσεων διαφέρουν σημαντικά μεταξύ τους, τόσο φυσικές όσο και χημικές. Ο ευκολότερος τρόπος σχηματισμού αλλοτροπικών μορφών:

• μη μέταλλα (εκτός από αλογόνα και αδρανή αέρια);
• ημιμέταλλα.

Η αλλοτροπία των μετάλλων είναι η λιγότερο μελετημένη, αφού αυτές σχηματίζουν τέτοιες τροποποιήσεις απρόθυμα και όχι όλες. Συνολικά, σήμερα είναι γνωστές περισσότερες από 400 διαφορετικές μορφές απλών ουσιών. Όσο περισσότερες καταστάσεις οξείδωσης είναι χαρακτηριστικές ενός στοιχείου, τόσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των αλλοτροπικών τροποποιήσεων που είναι γνωστές για αυτό.

τροποποιήσεις άνθρακα

Η αλλοτροπία του άνθρακα είναι το πιο κοινό και εντυπωσιακό παράδειγμα που απεικονίζει το υπό εξέταση φαινόμενο. Εξάλλου, αυτό το στοιχείο είναι ικανό να σχηματίσει διάφορους τύπους ενώσεων που διαφέρουν στη δομή του κρυσταλλικού πλέγματος. Ταυτόχρονα, οι απλές ουσίες που προκύπτουν είναι τόσο πολικές στις ιδιότητές τους που δεν μπορεί παρά να εκπλαγεί κανείς με τις αποφάσεις της φύσης.

Έτσι, η αλλοτροπία του άνθρακα περιλαμβάνει τις ακόλουθες τροποποιήσεις.

1. Ποια είναι η αλλοτροπία του άνθρακα μπορεί να φανεί στην επόμενη μορφή του, η οποία είναι ριζικά διαφορετική από την προηγούμενη. Αυτός είναι γραφίτης. Μια πολύ μαλακή ουσία που μπορεί εύκολα να ξεφλουδίσει και να αφήσει ένα χαρακτηριστικό σημάδι στο χαρτί. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται για την κατασκευή καλωδίων μολυβιών για απλά μολύβια. Η δομή αυτής της φόρμας είναι εξαγωνική σε στρώματα. Οι δεσμοί μεταξύ των στρωμάτων είναι αδύναμοι, σχίζονται εύκολα, η πυκνότητα της ουσίας είναι χαμηλή. Ο γραφίτης χρησιμοποιείται για την παραγωγή συνθετικών διαμαντιών, ως στερεό λιπαντικό, για την κατασκευή ηλεκτροδίων, ως πληρωτικό σε πλαστικά, καθώς και σε πυρηνικούς αντιδραστήρες.
2. Τα φουλερένια είναι μια άλλη απόδειξη ότι υπάρχει αλλοτροπία. Η χημεία αυτών των ενώσεων είναι παρόμοια με αυτή των αρωματικών υδρογονανθράκων. Εξάλλου, η δομή τους αντιπροσωπεύεται από κυρτά κλειστά πολύεδρα, που θυμίζουν μπάλα ποδοσφαίρου. Τα φουλερένια χρησιμοποιούνται στην τεχνολογία ως ημιαγωγοί, για την παραγωγή υπεραγώγιμων ενώσεων, ως φωτοανθεκτικό κ.λπ.
3. Lonsdaleite και ceraphite είναι δύο ακόμη κρυσταλλικές αλλοτροπικές τροποποιήσεις του άνθρακα. Άνοιξαν σχετικά πρόσφατα. Οι ιδιότητες μοιάζουν πολύ με το διαμάντι, ελλείψει ακαθαρσιών μπορεί να είναι αρκετές φορές πιο σκληρές.
4. Άνθρακας και αιθάλη - άμορφη αλλοτροπία ουσιών. Χρησιμοποιείται ως καύσιμο, λιπαντικά, φίλτρα και ούτω καθεξής. Από τη φύση του περιεχομένου, η πιο κοινή από όλες τις τροποποιήσεις του άνθρακα.

Diamond

Η πιο σκληρή ουσία που είναι γνωστή σήμερα, με βαθμολογία 10 στην κλίμακα Mohs. κρυσταλλική μορφήάνθρακα, η δομή του οποίου έχει τη μορφή τετραεδρικών σχηματισμών σωστά διασυνδεδεμένων σε ένα δίκτυο.

Το

Το διαμάντι μπορεί να διασκορπίσει πολύ καλά το φως, γεγονός που του επιτρέπει να χρησιμοποιηθεί ως κόσμημα (διαμάντια). Λόγω της εξαιρετικής σκληρότητάς του, χρησιμοποιείται για κοπή και συγκόλληση, διάτρηση, στίλβωση και λείανση. Μέχρι σήμερα, έχει καθιερωθεί η παραγωγή τεχνητών διαμαντιών που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία.

Άλλες ποικιλίες

Υπάρχουν επίσης πολλές άλλες ποικιλίες αυτού του στοιχείου:

• νανοσωλήνες;
• νανοαφροί;
• αστρολίνες;
• νανοΐνες;
• γυάλινο άνθρακα;
• γραφένια;
• καραμπίνα;
• νανομπουμπούκια.

Μη επιβεβαιωμένες αλλά ύποπτες μορφές ύπαρξης απλών ενώσεων άνθρακα: χαοΐτης, μεταλλικός άνθρακας και διάνθρακας.

Αλλοτροπία οξυγόνου

Αυτό το αμέταλλο σχηματίζει δύο απλές ουσίες:

• αέριο οξυγόνο (υπό κανονικές συνθήκες), του οποίου ο τύπος είναι O₂;
• αέριο όζον, η εμπειρική αντανάκλαση της σύνθεσης του οποίου είναι O₃.

Προφανώς, ο κύριος λόγος για την ύπαρξη τροποποιήσεων εδώ είναι η σύνθεση του μορίου. Το συνηθισμένο οξυγόνο είναι η βάση της ζωής για όλα τα έμβια όντα (με εξαίρεση τα αναερόβια βακτήρια). Συμμετέχει ενεργά στην ανταλλαγή αερίων, πηγή ενέργειας για όλες τις διαδικασίες της ζωής. Από χημική άποψη, είναι ένας οξειδωτικός παράγοντας, με τη βοήθεια του οποίου πραγματοποιούνται πολλές αντιδράσεις.

Το όζον σχηματίζεται στη φύση ήειδικές εργαστηριακές εγκαταστάσεις - οζονιστήρες από ατμοσφαιρικό οξυγόνο υπό την επίδραση ισχυρής εκκένωσης ηλεκτρικής ενέργειας. Υπό φυσικές συνθήκες, αυτό είναι κεραυνός. Σε χαμηλές διάχυτες συγκεντρώσεις έχει μια ευχάριστη μυρωδιά φρεσκάδας (μετά από μια καταιγίδα γίνεται πάντα αισθητή στον αέρα). Είναι πολύ ισχυρό οξειδωτικό, λευκαντικό, χημικά ενεργό.

Αλλαγές στο φώσφορο

Η αλλοτροπία του οξυγόνου είναι παρόμοια με αυτή του φωσφόρου. Έχει επίσης περίπου 11 διαφορετικές τροποποιήσεις, που διαφέρουν στον αριθμό των ατόμων στο μόριο, και ως εκ τούτου στον χημικό δεσμό και τις ιδιότητες. Υπάρχουν τρεις σταθερές μορφές και οι υπόλοιπες, που πρακτικά δεν απαντώνται στη φύση και αποσυντίθενται.

1. Λευκός φώσφορος. Ο τύπος του είναι Р₄. Μια ουσία που μοιάζει με μαλακή παραφίνη, λευκό ή ελαφρώς κιτρινωπό χρώμα. Λιώνει εύκολα σε δηλητηριώδες αέριο.
2. Ο κόκκινος φώσφορος είναι μια παχύρρευστη μάζα με δυσάρεστη οσμή. Ο τύπος είναι R . Αυτή είναι μια δομή πολυμερούς.
3. Ο μαύρος φώσφορος είναι μια λιπαρή στην αφή μάζα που είναι μαύρου χρώματος και εντελώς αδιάλυτη στο νερό.

Τροποποιήσεις μετάλλων

Τι είναι η αλλοτροπία των μετάλλων, μπορείτε να μάθετε από το παράδειγμα του σιδήρου. Υπάρχει ως:

• άλφα-;
• beta;
• γάμα-;
• σχήματα σίγμα.

Καθένα διαφέρει από το προηγούμενο στη δομή του κρυσταλλικού πλέγματος και, κατά συνέπεια, στις ιδιότητες. Για παράδειγμα, η μορφή άλφα είναι σιδηρομαγνητική, ενώ η βήτα είναι παραμαγνητική.

Γενικά, από όλα τα γνωστά μέταλλα, οι αλλοτροπικές τροποποιήσεις σχηματίζουν μόνο 27 χημικάαντικείμενα.

αλλοτροπία κασσίτερου

Ενδιαφέρον γιατί η άλφα μορφή είναι μια γκρίζα σκόνη που υπάρχει μόνο σε χαμηλές θερμοκρασίες. Η μορφή βήτα, από την άλλη πλευρά, είναι μεταλλική, ασημί λευκή, απαλή και εύπλαστη. Υπάρχει σε υψηλές θερμοκρασίες - έως 161 ^oС. Μια μορφή αλλάζει εύκολα σε άλλη σε φυσικές συνθήκες, εάν υπάρχει διαφορά βαθμού.