Il existe une variété de formes dans lesquelles certains éléments peuvent exister. Savez-vous que le diamant et le graphite sont tous les deux identiques - juste du carbone pur ? Et pourtant ils sont si différents. Comme le diamant est le plus dur, le graphite est l'un des plus doux. Mais comment et pourquoi sont-ils différents, si les deux sont constitués du même élément ?
C'est ce que nous allons apprendre dans cette leçon.
À la fin de cette leçon, vous devriez être en mesure de :
L'allotropie, également connue sous le nom d'allotropisme, fait référence à la propriété de l'existence de certains éléments chimiques sous deux ou plusieurs formes différentes. Ces différentes formes sont appelées les allotropes des éléments. Les allotropes sont différentes modifications structurelles d'un élément. Cela est dû au fait que les atomes de l'élément sont liés entre eux de différentes manières.
Par exemple, les allotropes du carbone comprennent le diamant, le graphite, le graphène et le fullerène.
Tous les éléments ont-ils des allotropes ? La réponse est non. Seuls certains éléments ont des allotropes.
Le terme allotropie est utilisé pour les éléments uniquement, pas pour les composés. L'allotropie se réfère uniquement aux différentes formes d'un élément dans le même état (c'est-à-dire différentes formes solides, liquides ou gazeuses) ; ces différents états ne sont pas, eux-mêmes, considérés comme des exemples d'allotropie.
Les allotropes ont des formules moléculaires différentes dans certains éléments malgré la différence de phase. Par exemple, dans l'oxygène, deux allotropes : le dioxygène
Les allotropes peuvent être monotropes ou énantiotropes.
L'allotropisme se réfère uniquement aux différentes formes d' éléments chimiques purs. Le phénomène dans lequel les composés présentent différentes formes cristallines est appelé polymorphisme.
Les allotropes ne se produisent qu'avec certains éléments, dans les groupes 13 à 16 du tableau périodique.
Groupe 13
Le bore (B), le deuxième élément le plus dur, est le seul élément allotropique du groupe 13. Il est juste derrière le carbone (C) dans sa capacité à former des réseaux liés aux éléments.
Allotropes de bore
Groupe 14
Dans le groupe 14, seuls le carbone et l'étain existent sous forme d'allotropes dans des conditions normales.
Allotropes de carbone
Les allotropes du carbone comprennent :
Le diamant et le graphite sont les allotropes de carbone les plus connus. Les propriétés du diamant et du graphite sont très différentes, le diamant étant transparent et très dur tandis que le graphite est noir et doux (assez doux pour écrire sur du papier).
Le graphite est la forme de carbone la plus stable thermodynamiquement. Le graphite est un solide cireux foncé, largement utilisé comme lubrifiant. C'est également un très bon conducteur d'électricité et peut être utilisé comme matériau dans les électrodes d'une lampe à arc électrique. Le graphite est la forme de carbone solide la plus stable jamais découverte. Il comprend également la "mine" des crayons.
Le diamant a le point de fusion le plus élevé et est le plus dur des solides naturels. Sa dureté et sa grande dispersion de la lumière en font un matériau idéal pour la joaillerie. Il a également des usages industriels. Sa dureté en fait un excellent abrasif.
Allotropes d'étain
L'étain a deux allotropes principaux :
Groupe 15
Il y a deux éléments allotropiques dans le groupe 15, le phosphore et l'arsenic.
Allotropes du phosphore
Les principales formes allotropiques des formes phosphorées sont :
Seuls le phosphore blanc et rouge ont une importance industrielle.
Allotropes d'arsenic
L'arsenic existe dans un certain nombre d'allotropes. Ses deux allotropes les plus courants sont le jaune et le gris métallique.
Groupe 16
Il n'y a que trois éléments allotropiques dans le groupe 16 - l'oxygène, le soufre et le sélénium.
Allotropes de l'oxygène
Molécule diatomique composée de 2 atomes d'oxygène de formule moléculaire O2 communément appelée oxygène moléculaire ou dioxygène. C'est la forme la plus courante d'oxygène élémentaire. C'est un gaz incolore à température ambiante et forme environ 21% de l'atmosphère terrestre. Il existe sous forme de diradical et est le seul allotrope avec des électrons non appariés.
Une molécule triatomique composée de 3 atomes d'oxygène de formule moléculaire O3 est appelée ozone. L'ozone est thermodynamiquement instable et hautement réactif. Il a été découvert en 1840 par Christian Friedrich Schonbein et existe sous forme de gaz bleu pâle dans des conditions normales de température et de pression.
Les deux allotropes d'oxygène, de dioxygène et d'ozone, sont constitués uniquement d'atomes d'oxygène, mais ils diffèrent par la disposition des atomes d'oxygène :
L'ozone fonctionne comme un bouclier protecteur pour la biosphère contre les effets mutagènes et nocifs des rayons UV.
Le tétraoxygène est un autre allotrope de l'oxygène. Il est également connu sous le nom d'oxozone. Il existe sous la forme d'un solide rouge foncé qui est créé en pressurisant l'O2 à l'ordre de 20 GPa.
Allotropes du soufre
À l'heure actuelle, environ 30 allotropes de soufre bien caractérisés sont connus.
Le soufre α forme des cristaux jaunes et rhombiques à partir de cycles à 8 chaînons d'atomes de soufre (S8). Il est également connu sous le nom de soufre rhombique et est la forme prédominante trouvée dans les « fleurs de soufre », le « rouleau de soufre » et le « lait de soufre ».
Le β-soufre est un solide jaune avec une forme cristalline monoclinique et est moins dense que le α-soufre. Il est également connu sous le nom de soufre monoclinique. Il est inhabituel car il n'est stable qu'au-dessus de 95,3 ° C, en dessous, il se transforme en soufre α.
Le γ-soufre forme des cristaux jaunes, monocliniques en forme d'aiguilles à partir de cycles à 8 chaînons d'atomes de soufre (S8). Il est parfois appelé « soufre nacré » ou « soufre nacre » en raison de son aspect. C'est la forme la plus dense des trois.
Allotropes de sélénium
Le sélénium (Se) existe également sous plusieurs formes allotropiques - sélénium gris (trigonal), sélénium rhomboédrique, trois formes monocliniques rouge foncé (α -, β - et γ -sélénium), sélénium rouge amorphe et sélénium vitreux noir. La forme la plus thermodynamiquement stable et la plus dense est le sélénium gris (trigonal), qui contient des chaînes hélicoïdales infinies d'atomes de sélénium. Toutes les autres formes reviennent au sélénium gris lors du réchauffement. En raison de sa densité, le sélénium gris est considéré comme métallique et c'est la seule forme de sélénium qui conduit l'électricité. Une légère distorsion de la structure hélicoïdale produirait un réseau métallique cubique.
Les allotropes d'un même élément peuvent présenter des comportements physiques et chimiques différents. Le changement de formes allotropiques est facilité par les mêmes forces qui affectent d'autres structures, notamment la température, la pression et la lumière. Par exemple, le comportement chimique de l'ozone est différent de celui du dioxygène ; l'ozone est un agent oxydant plus puissant que le dioxygène.
