Από το άρθρο μας θα μάθετε τι είναι η αλλοτροπία. Αυτή η έννοια είναι ευρέως διαδεδομένη στη φύση. Για παράδειγμα, το οξυγόνο και το όζον είναι ουσίες που αποτελούνται μόνο από το χημικό στοιχείο οξυγόνο. Πώς είναι αυτό δυνατόν? Ας το καταλάβουμε μαζί.
Ορισμός της έννοιας
Αλλοτροπία είναι το φαινόμενο της ύπαρξης ενός χημικού στοιχείου με τη μορφή δύο ή περισσότερων απλών ουσιών. Ο Jens Berzelius, χημικός και ορυκτολόγος από τη Σουηδία, θεωρείται ότι είναι ο ανακάλυψής του. Η αλλοτροπία είναι ένα φαινόμενο που έχει πολλά κοινά με τον κρυσταλλικό πολυμορφισμό. Αυτό προκάλεσε μακρά συζήτηση μεταξύ των επιστημόνων. Προς το παρόν, έχουν καταλήξει στο συμπέρασμα ότι ο πολυμορφισμός είναι χαρακτηριστικός μόνο για στερεές απλές ουσίες.
Αιτίες αλλοτροπίας
Δεν μπορούν όλα τα χημικά στοιχεία να σχηματίσουν πολλές απλές ουσίες. Η ικανότητα αλλοτροπίας οφείλεται στη δομή του ατόμου. Τις περισσότερες φορές, εμφανίζεται σε στοιχεία που έχουν μεταβλητή τιμή της κατάστασης οξείδωσης. Αυτά περιλαμβάνουν ημι- και μη μέταλλα, αδρανή αέρια και αλογόνα.
Η αλλοτροπία μπορεί να οφείλεται σε διάφορους λόγους. Αυτά περιλαμβάνουν διαφορετικό αριθμό ατόμων, τη σειρά σύνδεσής τους σε ένα μόριο, τον παραλληλισμό των σπιν ηλεκτρονίων, τον τύποκρυσταλλικού πλέγματος. Ας εξετάσουμε αυτούς τους τύπους αλλοτροπίας χρησιμοποιώντας συγκεκριμένα παραδείγματα.
Οξυγόνο και όζον
Αυτός ο τύπος αλλοτροπίας είναι ένα παράδειγμα του πώς ένας διαφορετικός αριθμός ατόμων ενός χημικού στοιχείου καθορίζει τις φυσικές και χημικές ιδιότητες μιας ουσίας. Αυτό ισχύει επίσης για τη φυσιολογική επίδραση στους ζωντανούς οργανισμούς. Έτσι, το οξυγόνο αποτελείται από δύο άτομα οξυγόνου, το όζον - από τρία.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ αυτών των ουσιών; Και τα δύο είναι αέρια. Το οξυγόνο δεν έχει χρώμα, γεύση ή οσμή, είναι μιάμιση φορά ελαφρύτερο από το όζον. Αυτή η ουσία είναι εξαιρετικά διαλυτή στο νερό και με τη μείωση της θερμοκρασίας, ο ρυθμός αυτής της διαδικασίας μόνο αυξάνεται. Το οξυγόνο απαιτείται από όλους τους οργανισμούς για την αναπνοή. Επομένως, αυτή η ουσία είναι ζωτικής σημασίας.
Το όζον είναι μπλε. Καθένας από εμάς ένιωσε τη χαρακτηριστική του μυρωδιά μετά τη βροχή. Είναι σκληρό, αλλά αρκετά ευχάριστο. Σε σύγκριση με το οξυγόνο, το όζον είναι πιο αντιδραστικό. Ποιός είναι ο λόγος? Όταν το όζον αποσυντίθεται, σχηματίζεται ένα μόριο οξυγόνου και ένα ελεύθερο άτομο οξυγόνου. Εισέρχεται αμέσως σε σύνθετες αντιδράσεις, σχηματίζοντας νέες ουσίες.
Οι εκπληκτικές ιδιότητες του άνθρακα
Αλλά ο αριθμός των ατόμων σε ένα μόριο άνθρακα παραμένει πάντα ο ίδιος. Ταυτόχρονα, σχηματίζει εντελώς διαφορετικές ουσίες. Οι πιο κοινές τροποποιήσεις άνθρακα είναι το διαμάντι και ο γραφίτης. Η πρώτη ουσία θεωρείται η πιο σκληρή στον πλανήτη. Αυτή η ιδιότητα οφείλεται στο γεγονός ότι τα άτομα στο διαμάντι συνδέονται με ισχυρούς ομοιοπολικούς δεσμούς προς όλες τις κατευθύνσεις. Μαζί σχηματίζουν ένα τρισδιάστατο δίκτυο τετραέδρων.
Στον γραφίτη, οι ισχυροί δεσμοί σχηματίζονται μόνο μεταξύ ατόμων που βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο. Για το λόγο αυτό, είναι σχεδόν αδύνατο να σπάσει μια ράβδος γραφίτη κατά μήκος. Αλλά οι δεσμοί που συνδέουν τα οριζόντια στρώματα άνθρακα μεταξύ τους είναι πολύ αδύναμοι. Επομένως, κάθε φορά που σχεδιάζουμε ένα απλό μολύβι σε χαρτί, μένει ένα γκρι σημάδι πάνω του. Αυτό είναι το στρώμα άνθρακα.
Αλλοτροπία του θείου
Ο λόγος για την τροποποίηση του θείου έγκειται επίσης στα χαρακτηριστικά της εσωτερικής δομής των μορίων. Το πιο σταθερό σχήμα είναι το ρομβικό. Οι κρύσταλλοι αυτού του τύπου αλλοτροπίας θείου ονομάζονται ρομβοειδείς. Κάθε ένα από αυτά σχηματίζεται από μόρια σε σχήμα κορώνας, καθένα από τα οποία περιλαμβάνει 8 άτομα. Σύμφωνα με τις φυσικές του ιδιότητες, το ρομβικό θείο είναι ένα κίτρινο στερεό. Όχι μόνο δεν διαλύεται στο νερό, αλλά ούτε καν βρέχεται από αυτό. Η θερμότητα και η ηλεκτρική αγωγιμότητα είναι πολύ χαμηλή.
Η δομή του μονοκλινικού θείου αντιπροσωπεύεται από ένα παραλληλεπίπεδο με λοξές γωνίες. Οπτικά, αυτή η ουσία μοιάζει με σκούρες κίτρινες βελόνες. Εάν το θείο λιώσει και στη συνέχεια τοποθετηθεί σε κρύο νερό, σχηματίζεται η νέα του τροποποίηση. Η αρχική του δομή θα διασπαστεί σε πολυμερείς αλυσίδες διαφορετικού μήκους. Έτσι λαμβάνεται το πλαστικό θείο - μια καφέ ελαστική μάζα.
Τροποποιήσεις φωσφόρου
Οι επιστήμονες έχουν 11 τύπους φωσφόρου. Η αλλοτροπία του ανακαλύφθηκε σχεδόν τυχαία, όπως αυτή η ίδια η ουσία. Σε αναζήτηση της φιλοσοφικής πέτρας, ο αλχημιστής Brand έλαβε ένα φωτεινόξηρή ουσία που προκύπτει από την εξάτμιση των ούρων. Ήταν λευκός φώσφορος. Αυτή η ουσία χαρακτηρίζεται από υψηλή χημική δράση. Αρκεί να ανεβάσουμε τη θερμοκρασία στους 40 βαθμούς για να αντιδράσει ο λευκός φώσφορος με το οξυγόνο και να αναφλεγεί.
Για τον φώσφορο, η αιτία της αλλοτροπίας είναι μια αλλαγή στη δομή του κρυσταλλικού πλέγματος. Μπορεί να αλλάξει μόνο υπό ορισμένες προϋποθέσεις. Έτσι, αυξάνοντας την πίεση και τη θερμοκρασία σε μια ατμόσφαιρα διοξειδίου του άνθρακα, λαμβάνεται κόκκινος φώσφορος. Χημικά, είναι λιγότερο ενεργό, επομένως δεν χαρακτηρίζεται από φωταύγεια. Όταν θερμαίνεται, μετατρέπεται σε ατμό. Το βλέπουμε αυτό κάθε φορά που ανάβουμε κανονικά σπίρτα. Η επιφάνεια του τριψίματος περιέχει απλώς κόκκινο φώσφορο.
Άρα, αλλοτροπία είναι η ύπαρξη ενός χημικού στοιχείου με τη μορφή πολλών απλών ουσιών. Συναντάται συχνότερα μεταξύ των μη μετάλλων. Οι κύριοι λόγοι για αυτό το φαινόμενο θεωρούνται ότι είναι ένας διαφορετικός αριθμός ατόμων που σχηματίζουν ένα μόριο μιας ουσίας, καθώς και μια αλλαγή στη διαμόρφωση του κρυσταλλικού πλέγματος.
