هناك مجموعة متنوعة من الأشكال التي يمكن أن توجد فيها عناصر معينة. هل تعلم أن كلا من الماس والجرافيت متماثلان - فقط كربون نقي؟ ومع ذلك فإنهم مختلفون تمامًا. بما أن الماس هو الأكثر صلابة ، فإن الجرافيت هو من أنعم الألماس. ولكن كيف ولماذا يختلفان ، إذا كان كلاهما مصنوعًا من نفس العنصر؟
هذا ما سنتعلمه في هذا الدرس.
بنهاية هذا الدرس ، يجب أن تكون قادرًا على:
Allotropy ، والذي يُعرف أيضًا باسم التآصل ، يشير إلى خاصية وجود بعض العناصر الكيميائية في شكلين مختلفين أو أكثر. تُعرف هذه الأشكال المختلفة بتآصلات العناصر. Allotropes هي تعديلات هيكلية مختلفة للعنصر. هذا يرجع إلى حقيقة أن ذرات العنصر مرتبطة ببعضها البعض بطريقة مختلفة.
على سبيل المثال ، تشتمل متآصلات الكربون على الألماس والجرافيت والجرافين والفوليرين.
هل تحتوي جميع العناصر على مقويات متآصلة؟ الجواب هو لا. فقط بعض العناصر لها متآصلات.
يستخدم مصطلح التآصل للعناصر فقط ، وليس للمركبات. يشير Allotropy فقط إلى أشكال مختلفة من عنصر داخل نفس الحالة (على سبيل المثال ، أشكال مختلفة صلبة أو سائلة أو غازية) ؛ لا تعتبر هذه الحالات المختلفة ، في حد ذاتها ، أمثلة على التآصل.
تحتوي Allotropes على صيغ جزيئية مختلفة في بعض العناصر على الرغم من اختلاف الطور. على سبيل المثال ، في الأكسجين ، اثنين من المتآصلات: ديوكسجين
يمكن أن تكون Allotropes أحادية الاتجاه أو متجانسة.
يشير التآصل فقط إلى الأشكال المختلفة للعناصر الكيميائية النقية. تسمى الظاهرة التي تعرض فيها المركبات أشكالًا بلورية مختلفة تعدد الأشكال.
تحدث Allotropes فقط مع عناصر معينة ، في المجموعات من 13 إلى 16 في الجدول الدوري.
المجموعة 13
البورون (B) ، ثاني أصعب عنصر ، هو العنصر الوحيد المتآصل في المجموعة 13. وهو في المرتبة الثانية بعد الكربون (C) في قدرته على تكوين شبكات مرتبطة بالعناصر.
مقويات البورون
المجموعة 14
في المجموعة 14 ، يوجد الكربون والقصدير فقط كمواد متآصلة في ظل الظروف العادية.
Allotropes من الكربون
تشمل تآصل الكربون:
الماس والجرافيت هما أكثر متآصلات الكربون شهرة. تختلف خصائص الماس والجرافيت اختلافًا كبيرًا حيث يكون الماس شفافًا وصعبًا جدًا بينما يكون الجرافيت أسودًا وناعمًا (ناعمًا بدرجة كافية للكتابة على الورق).
الجرافيت هو أكثر أشكال الكربون ثباتًا من الناحية الديناميكية الحرارية. الجرافيت مادة صلبة شمعية داكنة ، تستخدم على نطاق واسع كمواد تشحيم. إنه أيضًا موصل جيد جدًا للكهرباء ويمكن استخدامه كمواد في أقطاب مصباح القوس الكهربائي. الجرافيت هو الشكل الأكثر استقرارًا للكربون الصلب الذي تم اكتشافه على الإطلاق. كما تشتمل على "الرصاص" في أقلام الرصاص.
الماس لديه أعلى نقطة انصهار وهو أصعب المواد الصلبة التي تحدث بشكل طبيعي. صلابته والتشتت العالي للضوء تجعله جيدًا للاستخدام في المجوهرات. كما أن لها استخدامات صناعية. صلابته تجعله مادة كاشطة ممتازة.
Allotropes من القصدير
القصدير له نوعان من التآصلات الرئيسية:
المجموعة 15
هناك نوعان من العناصر المتآصلة في المجموعة 15 ، الفوسفور والزرنيخ.
متآصلات الفوسفور
الأشكال التآصلي الرئيسية لأشكال الفوسفور هي:
فقط الفوسفور الأبيض والأحمر لهما أهمية صناعية.
مقويات الزرنيخ
يوجد الزرنيخ في عدد من المتآصلات. أكثر المتآصلات شيوعًا هي - الأصفر والرمادي المعدني.
المجموعة 16
لا يوجد سوى ثلاثة عناصر متآصلة في المجموعة 16 - الأكسجين والكبريت والسيلينيوم.
مقويات الأكسجين
جزيء ثنائي الذرة مكون من ذرتين من الأكسجين مع الصيغة الجزيئية O2 والتي يشار إليها عادةً باسم الأكسجين الجزيئي أو ثنائي الأكسجين. إنه الشكل الأكثر شيوعًا للأكسجين الأولي. إنه غاز عديم اللون عند درجة حرارة الغرفة ويشكل حوالي 21٪ من الغلاف الجوي للأرض. إنه موجود باعتباره ديراديكال وهو التآصل الوحيد الذي يحتوي على إلكترونات غير متزاوجة.
يشار إلى جزيء ثلاثي الذرات يتكون من 3 ذرات من الأكسجين مع الصيغة الجزيئية O3 باسم الأوزون. الأوزون غير مستقر ديناميكيًا وعالي التفاعل. تم اكتشافه في عام 1840 من قبل كريستيان فريدريش شونباين ، وهو موجود كغاز أزرق شاحب في ظروف الضغط ودرجة الحرارة العادية.
يتكون كل من تآصل الأكسجين ، والديوكسيجين ، والأوزون ، من ذرات الأكسجين فقط ، لكنهما يختلفان في ترتيب ذرات الأكسجين:
يعمل الأوزون كدرع واقي للمحيط الحيوي ضد الآثار الضارة والمطفرة للأشعة فوق البنفسجية.
Tetraoxygen هو تآصل آخر للأكسجين. ومن المعروف أيضا باسم oxozone. يوجد على شكل مادة صلبة حمراء عميقة يتم إنشاؤها عن طريق الضغط على O2 إلى حد 20 GPa.
مقويات الكبريت
في الوقت الحاضر ، هناك حوالي 30 متآصل كبريت معروف جيدًا.
تشكل α-sulfur بلورات صفراء معينية من حلقات مكونة من 8 ذرات من ذرات الكبريت (S8). يُعرف أيضًا باسم الكبريت المعيني ، وهو الشكل السائد الموجود في "زهور الكبريت" و "لفة الكبريت" و "حليب الكبريت".
β-الكبريت هو مادة صلبة صفراء ذات شكل بلوري أحادي الميل وأقل كثافة من α-sulfur. ومن المعروف أيضا باسم الكبريت أحادي الميل. إنه أمر غير معتاد لأنه مستقر فقط فوق 95.3 درجة مئوية ، وتحت هذا يتحول إلى α- كبريت.
γ-sulfur يشكل بلورات صفراء أحادية الميل تشبه الإبرة من حلقات مكونة من 8 ذرات من ذرات الكبريت (S8). يطلق عليه أحيانًا "كبريت اللآلئ" أو "أم اللؤلؤ الكبريت" بسبب مظهره. إنه الشكل الأكثر كثافة من الثلاثة.
Allotropes من السيلينيوم
يوجد السيلينيوم (Se) أيضًا في عدة أشكال متآصلة - السلينيوم الرمادي (ثلاثي الزوايا) ، السيلينيوم المعين السطوح ، وثلاثة أشكال أحادية اللون حمراء عميقة (α - ، β - ، و γ سيلينيوم) ، سيلينيوم أحمر غير متبلور ، وسيلينيوم زجاجي أسود. الشكل الأكثر ثباتًا من الناحية الديناميكية الحرارية والأكثر كثافة هو السيلينيوم الرمادي (ثلاثي الزوايا) ، والذي يحتوي على سلاسل حلزونية لا حصر لها من ذرات السيلينيوم. جميع الأشكال الأخرى تعود إلى السيلينيوم الرمادي عند الاحترار. تمشيا مع كثافته ، يعتبر السيلينيوم الرمادي معدنًا ، وهو الشكل الوحيد من السيلينيوم الذي يوصل الكهرباء. سيؤدي حدوث تشوه طفيف في الهيكل الحلزوني إلى إنتاج شبكة معدنية مكعبة.
يمكن أن تظهر Allotropes لنفس العنصر سلوكيات فيزيائية وكيميائية مختلفة. يتم تسهيل التغيير في الأشكال المتآصلة من خلال نفس القوى التي تؤثر على الهياكل الأخرى ، وتشمل درجة الحرارة والضغط والضوء. على سبيل المثال ، يختلف السلوك الكيميائي للأوزون عن سلوك ثنائي الأكسجين ؛ الأوزون عامل مؤكسد أقوى من ثنائي الأكسجين.
