Es gibt eine Vielzahl von Formen, in denen bestimmte Elemente existieren können. Wussten Sie, dass Diamant und Graphit dasselbe sind – nur reiner Kohlenstoff? Und doch sind sie so unterschiedlich. Da Diamant am härtesten ist, ist Graphit einer der weichsten. Aber wie und warum unterscheiden sie sich, wenn beide aus demselben Element bestehen?
Das werden wir in dieser Lektion lernen.
Am Ende dieser Lektion sollten Sie in der Lage sein:
Allotropie, die auch als Allotropismus bekannt ist, bezieht sich auf die Eigenschaft, dass einige chemische Elemente in zwei oder mehr verschiedenen Formen existieren. Diese unterschiedlichen Formen sind als Allotrope der Elemente bekannt. Allotrope sind verschiedene strukturelle Modifikationen eines Elements. Dies liegt daran, dass die Atome des Elements auf unterschiedliche Weise miteinander verbunden sind.
Zu den Allotropen von Kohlenstoff gehören beispielsweise Diamant, Graphit, Graphen und Fulleren.
Haben alle Elemente Allotrope? Die Antwort ist Nein. Nur einige Elemente haben Allotrope.
Der Begriff Allotropie wird nur für Elemente verwendet, nicht für Verbindungen. Allotropie bezieht sich nur auf unterschiedliche Formen eines Elements innerhalb desselben Zustands (dh unterschiedliche feste, flüssige oder gasförmige Formen); diese unterschiedlichen Zustände werden selbst nicht als Beispiele für Allotropie angesehen.
Allotrope haben trotz des Phasenunterschieds in einigen Elementen unterschiedliche Summenformeln. Zum Beispiel in Sauerstoff zwei Allotrope: Disauerstoff
Allotrope können monotrop oder enantiotrop sein.
Allotropismus bezieht sich nur auf die verschiedenen Formen reiner chemischer Elemente . Das Phänomen, bei dem Verbindungen unterschiedliche kristalline Formen aufweisen, wird als Polymorphismus bezeichnet.
Allotrope treten nur bei bestimmten Elementen in den Gruppen 13 bis 16 des Periodensystems auf.
Gruppe 13
Bor (B), das zweithärteste Element, ist das einzige allotrope Element in Gruppe 13. Es ist nach Kohlenstoff (C) das zweitwichtigste in seiner Fähigkeit, elementgebundene Netzwerke zu bilden.
Allotrope von Bor
Gruppe 14
In Gruppe 14 kommen unter normalen Bedingungen nur Kohlenstoff und Zinn als Allotrope vor.
Allotrope von Kohlenstoff
Zu den Allotropen des Kohlenstoffs gehören:
Diamant und Graphit sind die bekanntesten Allotrope des Kohlenstoffs. Die Eigenschaften von Diamant und Graphit sind sehr unterschiedlich, wobei Diamant transparent und sehr hart ist, während Graphit schwarz und weich ist (weich genug, um auf Papier zu schreiben).
Graphit ist die thermodynamisch stabilste Form von Kohlenstoff. Graphit ist ein dunkler, wachsartiger Feststoff, der häufig als Schmiermittel verwendet wird. Es ist auch ein sehr guter elektrischer Leiter und kann als Material in den Elektroden einer elektrischen Bogenlampe verwendet werden. Graphit ist die stabilste Form von festem Kohlenstoff, die jemals entdeckt wurde. Es umfasst auch die „Mine“ in Bleistiften.
Diamant hat den höchsten Schmelzpunkt und ist der härteste der natürlich vorkommenden Feststoffe. Aufgrund seiner Härte und hohen Lichtstreuung eignet es sich gut für Schmuck. Es hat auch industrielle Verwendungen. Seine Härte macht es zu einem hervorragenden Schleifmittel.
Allotrope von Zinn
Zinn hat zwei Hauptallotrope:
Gruppe 15
Es gibt zwei allotrope Elemente in Gruppe 15, Phosphor und Arsen.
Allotrope von Phosphor
Die wichtigsten allotropen Formen von Phosphorformen sind:
Von industrieller Bedeutung sind nur weißer und roter Phosphor.
Allotrope von Arsen
Arsen kommt in einer Reihe von Allotropen vor. Die beiden häufigsten Allotrope sind – Gelb und Metallic-Grau.
Gruppe 16
Es gibt nur drei allotrope Elemente in Gruppe 16 – Sauerstoff, Schwefel und Selen.
Allotrope von Sauerstoff
Ein zweiatomiges Molekül aus 2 Sauerstoffatomen mit der Summenformel O2, allgemein als molekularer Sauerstoff oder Disauerstoff bezeichnet. Es ist die häufigste Form von elementarem Sauerstoff. Es ist bei Raumtemperatur ein farbloses Gas und bildet etwa 21 % der Erdatmosphäre. Es existiert als Diradikal und ist das einzige Allotrop mit ungepaarten Elektronen.
Als Ozon wird ein dreiatomiges Molekül aus 3 Sauerstoffatomen mit der Summenformel O3 bezeichnet. Ozon ist thermodynamisch instabil und hochreaktiv. Es wurde 1840 von Christian Friedrich Schönbein entdeckt und liegt bei normalen Temperatur- und Druckbedingungen als hellblaues Gas vor.
Beide Allotrope von Sauerstoff, Disauerstoff und Ozon, bestehen nur aus Sauerstoffatomen, unterscheiden sich jedoch in der Anordnung der Sauerstoffatome:
Ozon fungiert als Schutzschild für die Biosphäre vor den mutagenen und schädlichen Wirkungen der UV-Strahlung.
Tetrasauerstoff ist ein weiteres Allotrop des Sauerstoffs. Es ist auch als Oxozon bekannt. Es existiert als tiefroter Feststoff, der durch Druckbeaufschlagung von O2 in der Größenordnung von 20 GPa.
Allotrope von Schwefel
Derzeit sind etwa 30 gut charakterisierte Schwefelallotrope bekannt.
α-Schwefel bildet gelbe, rhombische Kristalle aus 8-gliedrigen Ringen aus Schwefelatomen (S8). Es ist auch als rhombischer Schwefel bekannt und ist die vorherrschende Form, die in „Schwefelblumen“, „Schwefelrollen“ und „Schwefelmilch“ vorkommt.
β-Schwefel ist ein gelber Feststoff mit einer monoklinen Kristallform und hat eine geringere Dichte als α-Schwefel. Es ist auch als monokliner Schwefel bekannt. Es ist ungewöhnlich, weil es nur über 95,3 °C stabil ist, darunter wandelt es sich in α-Schwefel um.
γ-Schwefel bildet gelbe, monokline, nadelförmige Kristalle aus 8-gliedrigen Ringen aus Schwefelatomen (S8). Wegen seines Aussehens wird er manchmal auch „Perlmuttschwefel“ oder „Perlmuttschwefel“ genannt. Es ist die dichteste Form der drei.
Allotrope von Selen
Selen (Se) existiert auch in mehreren allotropen Formen – graues (trigonales) Selen, rhomboedrisches Selen, drei tiefrote monokline Formen (α-, β- und γ-Selen), amorphes rotes Selen und schwarzes glasartiges Selen. Die thermodynamisch stabilste und dichteste Form ist graues (trigonales) Selen, das unendliche spiralförmige Ketten von Selenatomen enthält. Alle anderen Formen verwandeln sich bei Erwärmung in graues Selen. Entsprechend seiner Dichte gilt graues Selen als metallisch und ist die einzige Selenform, die Strom leitet. Eine leichte Verzerrung der Helixstruktur würde ein kubisches Metallgitter erzeugen.
Allotrope desselben Elements können unterschiedliche physikalische und chemische Verhaltensweisen zeigen. Die Veränderung allotroper Formen wird durch die gleichen Kräfte erleichtert, die auf andere Strukturen einwirken, dazu gehören Temperatur, Druck und Licht. Beispielsweise unterscheidet sich das chemische Verhalten von Ozon von dem von Disauerstoff; Ozon ist ein stärkeres Oxidationsmittel als Disauerstoff.
