Що таке аллотропия? Аллотропия вуглецю, хімія

Причини різноманіття органічних сполук - здатність атомів вуглецю утворювати різні ланцюга і цикли, з`єднуючись між собою. Тобто явище ізомерії. А в чому причина різноманіття простих

неорганічних речовин? Виявляється, на це питання можна відповісти, розглянувши, що таке аллотропия. Саме з цим природним явищем в світі хімічних елементів пов`язують існування різних форм простих з`єднань.

Що таке аллотропия?

Відповісти на це питання можна так. Це явище існування одного і того ж хімічного елемента у вигляді кількох простих речовин. Тобто якщо осередків в таблиці Менделєєва 118, то це не означає, що і в природі атомів стільки ж. Кожен з елементів (майже всі) мають по одній або декілька різновидів, або аллотропних модифікацій.

Чим же відрізняються такі речовини? Причин у даного явища основних дві:

• різне число атомів в молекулі (аллотропия складу);
• неоднакове будова кристалічної решітки (аллотропия форми).

Часто це поняття пов`язане з терміном поліморфізм. Однак між ними є відмінність. Що таке аллотропия? Це видозміни хімічного елемента в різні прості речовини, незалежно від того, в якому агрегатному стані воно знаходиться. У той час як поліморфізм - це поняття, яке застосовується лише для твердих кристалічних речовин.

різні алотропні модифікації з`єднань прийнято позначати латинськими літерами перед їх назвою. Альфа завжди ставиться перед тією формою, яка має мінімальну температуру плавлення, кипіння. Далі за алфавітом і збільшення показників відповідно.

Незважаючи на те що хімічний елемент в основі простих речовин один і той же, властивості модифікацій значно відрізняються один від одного, причому як фізичні, так і хімічні. Найпростіше формують аллотропние форми:

• неметали (крім галогенів і інертних газів);
• напівметали.

Найменше вивчена аллотропия металів, так як вони подібні модифікації утворюють неохоче і не всі. Всього на сьогоднішній день відомо більше 400 різних форм простих речовин. Чим більше ступенів окислення характерно для елемента, тим вище кількість відомих для нього аллотропних видозмін.

видозміни вуглецю

Аллотропия вуглецю - це найпоширеніший і яскравий приклад, який ілюструє розглядається явище. Адже саме цей елемент здатний формувати кілька різновидів з`єднань, що розрізняються будовою кристалічної решітки. При цьому утворюються прості речовини настільки полярні за своїми властивостями, що залишається тільки дивуватися рішенням природи.

Отже, аллотропия вуглецю включає в себе наступні модифікації.

1. Що таке аллотропия вуглецю, можна простежити і на наступній його формі, яка кардинально відрізняється від попередньої. Це графіт. Дуже м`яке речовина, здатне легко відшаровуватися і залишати характерний слід на папері. Тому його використовують для виготовлення грифелей простих олівців. Структура даної форми - гексагональна шарувата. Зв`язки між прошарками слабкі, легко рвуться, щільність речовини низька. Використовується графіт для одержання синтетичних алмазів, як твердий мастильний матеріал, для виготовлення електродів, як наповнювач пластмас, а також в ядерних реакторах.
2. Фулерени - ще один доказ того, що існує аллотропия. Хімія цих з`єднань схожа з такою у ароматичних вуглеводнів. Адже структура їх представлена опуклими замкненими многогранниками, що нагадують футбольний м`яч. Застосовуються фулерени в техніці як напівпровідник, для виробництва надпровідних з`єднань, як фоторезист та інше.
3. Лонсдейліт і церафіт - ще дві кристалічні аллотропние модифікації вуглецю. Відкриті були порівняно недавно. За властивостями дуже схожі з алмазом, при відсутності домішок здатні бути навіть в кілька разів твердіше.
4. Вугілля і сажа - аморфна аллотропия речовин. Використовуються в якості палива, мастильних матеріалів, в фільтрах і так далі. За змістом в природі найпоширеніші з усіх модифікацій вуглецю.

алмаз

Найтвердіша з усіх відомих на сьогодні речовин, що оцінюється в 10 балів за шкалою Мооса. Кристалічна форма вуглецю, структура якої має вигляд правильно з`єднаних між собою в мережу тетраедричних утворень.

Алмаз здатний дуже добре розсіювати світло, що дозволяє використовувати його в якості ювелірного прикраси (діаманти). Завдяки своєї надзвичайної твердості, використовується для різання і зварювання, буріння, полірування і шліфування. На сьогоднішній день налагоджено виробництво штучних алмазів, використовуваних в промисловості.

інші різновиди

Також існує ще кілька різновидів даного елемента:

• нанотрубки;
• нанопили;
• астролого;
• нановолокна;
• скловуглець;
• графени;
• карбин;
• нанопочкі.

Непідтверджені, але передбачувані форми існування простих з`єднань вуглецю: чаоіт, металевий вуглець і діуглерод.

аллотропия кисню

Даний неметалл утворює два простих речовини:

• газ кисень (при звичайних умовах), формула якого Про₂;
• газоподібний озон, емпіричне відображення складу якого Про₃.

Очевидно, що тут найголовніша причина існування модифікацій - склад молекули. Звичайний кисень - основа життя всіх живих істот (за винятком анаеробних бактерій). Він є активним учасником газообміну, джерелом енергії для всіх процесів життєдіяльності. У хімічному відношенні - окислювач, за допомогою якого здійснюється безліч реакцій.

Озон же утворюється в природі або спеціальних лабораторних установках озонаторах з кисню повітря під дією сильного розряду електрики. У природних умовах - це блискавка. У низьких розсіяних концентраціях має приємний запах свіжості (після грози завжди відчувається в повітрі). Є дуже сильним окислювачем, відписувати, хімічно активний.

видозміни фосфору

Аллотропия кисню схожа з такою і у фосфору. Він також має близько 11 різних модифікацій, що розрізняються числом атомів в молекулі, а значить, хімічним зв`язком і властивостями. Виділяють три стійкі форми і інші, в природі практично не зустрічаються і розпадаються.

1. Білий фосфор. Формула його Р₄. Речовина, що нагадує м`який парафін білого або злегка жовтуватого кольору. Легко плавиться, переходячи в отруйний газ.
2. Червоний фосфор - пастообразная маса, що має неприємний запах. Формула - Р_n. Це полімерна структура.
3. Чорний фосфор - жирна на дотик маса, яка має чорний колір і абсолютно не розчиняється у воді.

видозміни металів

Що таке аллотропия металів, можна дізнатися на прикладі заліза. Воно існує у вигляді:

• альфа-;
• бета-;
• гамма;
• сигма-форми.

Кожна відрізняється від попередньої будовою кристалічної решітки і, відповідно, властивостями. Наприклад, альфа-форма - ферромагнетічна, а бета -парамагнетік.

Взагалі, з усіх відомих металів аллотропние модифікації утворюють всього 27 хімічних елементів.

аллотропия олова

Цікава тим, що альфа-форма - це сірий порошок, який існує лише при низьких температурах. Бета-форма, навпаки, метал, сріблясто-білий, м`який і пластичний. Існує при високих показниках температур - до 161 ^проС. Одна форма легко переходить в іншу в природних умовах, якщо буде градусний перепад.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!