Ci sono una varietà di forme in cui possono esistere determinati elementi. Sai che il diamante e la grafite sono entrambi la stessa cosa, solo carbonio puro? Eppure sono così diversi. Poiché il diamante è il più duro, la grafite è una delle più morbide. Ma come e perché sono diversi, se entrambi sono fatti dello stesso elemento?
Questo è ciò che impareremo in questa lezione.
Alla fine di questa lezione, dovresti essere in grado di:
L'allotropia, nota anche come allotropismo, si riferisce alla proprietà dell'esistenza di alcuni elementi chimici in due o più forme diverse. Queste diverse forme sono conosciute come gli allotropi degli elementi. Gli allotropi sono diverse modifiche strutturali di un elemento. Ciò è dovuto al fatto che gli atomi dell'elemento sono legati insieme in modi diversi.
Ad esempio, gli allotropi del carbonio includono diamante, grafite, grafene e fullerene.
Tutti gli elementi hanno allotropi? La risposta è No. Solo alcuni elementi hanno allotropi.
Il termine allotropia è usato solo per gli elementi, non per i composti. L'allotropia si riferisce solo a diverse forme di un elemento all'interno dello stesso stato (cioè, diverse forme solide, liquide o gassose); questi diversi stati non sono, di per sé, considerati esempi di allotropia.
Gli allotropi hanno diverse formule molecolari in alcuni elementi nonostante la differenza di fase. Ad esempio, in ossigeno, due allotropi: diossigeno
Gli allotropi possono essere monotropi o enantiotropi.
L' allotropismo si riferisce solo alle diverse forme di elementi chimici puri. Il fenomeno in cui i composti mostrano diverse forme cristalline è chiamato polimorfismo.
Gli allotropi si verificano solo con determinati elementi, nei gruppi da 13 a 16 nella tavola periodica.
Gruppo 13
Il boro (B), il secondo elemento più duro, è l'unico elemento allotropico nel gruppo 13. È secondo solo al carbonio (C) nella sua capacità di formare reti legate agli elementi.
Allotropi del boro
Gruppo 14
Nel gruppo 14, solo il carbonio e lo stagno esistono come allotropi in condizioni normali.
Allotropi del carbonio
Gli allotropi del carbonio includono:
Il diamante e la grafite sono i più noti allotropi del carbonio. Le proprietà del diamante e della grafite sono molto diverse: il diamante è trasparente e molto duro, mentre la grafite è nera e morbida (abbastanza morbida da scrivere sulla carta).
La grafite è la forma di carbonio termodinamicamente più stabile. La grafite è un solido scuro e ceroso, ampiamente utilizzato come lubrificante. È anche un ottimo conduttore di elettricità e può essere utilizzato come materiale negli elettrodi di una lampada ad arco elettrico. La grafite è la forma più stabile di carbonio solido mai scoperta. Comprende anche la "mina" nelle matite.
Il diamante ha il più alto punto di fusione ed è il più duro dei solidi presenti in natura. La sua durezza e l'elevata dispersione della luce lo rendono adatto all'uso in gioielleria. Ha anche usi industriali. La sua durezza lo rende un ottimo abrasivo.
Allotropi di stagno
Lo stagno ha due principali allotropi:
Gruppo 15
Ci sono due elementi allotropici nel gruppo 15, fosforo e arsenico.
Allotropi del fosforo
Le principali forme allotropiche delle forme fosforose sono:
Solo il fosforo bianco e rosso sono di importanza industriale.
Allotropi dell'arsenico
L'arsenico esiste in un certo numero di allotropi. I suoi due allotropi più comuni sono: giallo e grigio metallizzato.
Gruppo 16
Ci sono solo tre elementi allotropici nel gruppo 16: ossigeno, zolfo e selenio.
Allotropi dell'ossigeno
Una molecola biatomica composta da 2 atomi di ossigeno con la formula molecolare O2 comunemente indicata come ossigeno molecolare o diossigeno. È la forma più comune di ossigeno elementare. È un gas incolore a temperatura ambiente e forma circa il 21% dell'atmosfera terrestre. Esiste come diradicale ed è l'unico allotropo con elettroni spaiati.
Una molecola triatomica composta da 3 atomi di ossigeno con la formula molecolare O3 è indicata come ozono. L'ozono è termodinamicamente instabile e altamente reattivo. Fu scoperto nel 1840 da Christian Friedrich Schonbein ed esiste come un gas azzurro pallido a condizioni normali di temperatura e pressione.
Entrambi gli allotropi di ossigeno, diossigeno e ozono sono costituiti solo da atomi di ossigeno, ma differiscono nella disposizione degli atomi di ossigeno:
L'ozono funge da scudo protettivo per la biosfera contro gli effetti mutageni e nocivi delle radiazioni UV.
Il tetraossigeno è un altro allotropo dell'ossigeno. È anche conosciuto come ossozone. Esiste come un solido rosso intenso che viene creato pressurizzando O2 all'ordine di 20 GPa.
Allotropi di zolfo
Attualmente sono noti circa 30 allotropi di zolfo ben caratterizzati.
L'α-zolfo forma cristalli romboidali gialli da anelli a 8 membri di atomi di zolfo (S8). È anche conosciuto come zolfo rombico, ed è la forma predominante che si trova in "fiori di zolfo", "rotolo di zolfo" e "latte di zolfo".
Il β-zolfo è un solido giallo con una forma cristallina monoclina ed è meno denso dell'α-zolfo. È anche conosciuto come zolfo monoclino. È insolito perché è stabile solo al di sopra di 95,3 ° C, al di sotto di questo si converte in α-zolfo.
γ-zolfo forma cristalli gialli, monoclini, aghiformi da anelli a 8 membri di atomi di zolfo (S8). A volte è chiamato "zolfo madreperlaceo" o "zolfo madreperlato" a causa del suo aspetto. È la forma più densa delle tre.
Allotropi del selenio
Il selenio (Se) esiste anche in diverse forme allotropiche: selenio grigio (trigonale), selenio romboedrico, tre forme monocline rosso intenso (α -, β - e γ -selenio), selenio rosso amorfo e selenio vitreo nero. La forma termodinamicamente più stabile e più densa è il selenio grigio (trigonale), che contiene infinite catene elicoidali di atomi di selenio. Tutte le altre forme tornano al selenio grigio al riscaldamento. In linea con la sua densità, il selenio grigio è considerato metallico ed è l'unica forma di selenio che conduce elettricità. Una leggera distorsione della struttura elicoidale produrrebbe un reticolo metallico cubico.
Gli allotropi dello stesso elemento possono mostrare comportamenti fisici e chimici diversi. Il cambiamento nelle forme allotropiche è facilitato dalle stesse forze che influenzano altre strutture, includono temperatura, pressione e luce. Ad esempio, il comportamento chimico dell'ozono è diverso da quello del diossigeno; l'ozono è un agente ossidante più forte del diossigeno.
