Back to the topics list

allotropism, allotropy

Ka shumë forma në të cilat elemente të caktuara mund të ekzistojnë. A e dini se diamanti dhe grafiti janë të dy të njëjtë - vetëm karboni i pastër? E megjithatë ata janë kaq të ndryshëm. Meqenëse diamanti është më i fortë, grafiti është një nga më të butët. Por si dhe pse janë të ndryshëm, nëse të dyja janë bërë nga i njëjti element?

Kjo është ajo që do të mësojmë në këtë mësim.

Objektivat e mësimit

Deri në fund të këtij mësimi, ju duhet të jeni në gjendje të:

• Përshkruani kuptimin e alotropisë.
• Përshkruani alotropet e elementeve të ndryshëm.
• Shpjegoni veçoritë e alotropeve të ndryshme.
• Lloje të ndryshme të alotropeve.
• Dallimi midis alotropizmit dhe polimorfizmit.

Çfarë është alotropia?

Alotropia, e cila njihet edhe si alotropizëm, i referohet vetive të ekzistencës së disa elementeve kimike në dy ose më shumë forma të ndryshme. Këto forma të ndryshme njihen si alotrope të elementeve. Alotropet janë modifikime të ndryshme strukturore të një elementi. Kjo është për shkak të faktit se atomet e elementit janë të lidhur së bashku në mënyra të ndryshme.

Për shembull, alotropet e karbonit përfshijnë diamantin, grafitin, grafinin dhe fullerenin.

A kanë të gjithë elementët alotrope? Përgjigja është jo. Vetëm disa elementë kanë alotrope.

Termi alotropi përdoret vetëm për elementet, jo për komponimet. Alotropia i referohet vetëm formave të ndryshme të një elementi brenda të njëjtës gjendje (dmth., forma të ndryshme të ngurta, të lëngshme ose të gazta); këto gjendje të ndryshme nuk konsiderohen, vetë, shembuj të alotropisë.

Alotropet kanë formula të ndryshme molekulare në disa elementë pavarësisht ndryshimit në fazë. Për shembull, në oksigjen, dy alotrope: dioksigjen O2 dhe ozonit O3 të dyja mund të ekzistojnë në gjendje të ndryshme, të ngurta, të lëngëta ose të gazta.

Llojet e alotropisë: Monotropike dhe Enantiotropike

Alotropet mund të jenë monotropike ose enantiotropike.

• Në alotropet monotropike, vetëm një nga format është më e qëndrueshme në kushte të ndryshme. Ndodh kur një formë e caktuar e një elementi ruan qëndrueshmërinë e saj në kushte normale, ndërsa forma(at) e tjera ndryshojnë, duke u shndërruar përfundimisht në të qëndrueshme. Grafiti dhe diamantet, siç u përmend më herët, janë alotrope të karbonit, ku grafiti është i qëndrueshëm dhe diamanti shndërrohet ngadalë në grafit.
• Në formën enantiotropike, forma të ndryshme janë të qëndrueshme në kushte të ndryshme dhe i nënshtrohen tranzicioneve të kthyeshme. Ndodh kur një gjendje specifike si temperatura ose presioni bën që një formë e një substance të kalojë në një formë tjetër. Për shembull, ekzistojnë dy alotrope të kallajit - kallaji i bardhë dhe kallaji gri. Kallaji i bardhë është i qëndrueshëm në temperatura mbi 13,2° dhe kallaji gri është i qëndrueshëm në temperatura nën 13,2°. Në temperatura nën 13.2°C, ai ndryshon nga kallaji i bardhë në kallaj gri.

Alotropizmi kundrejt polimorfizmit

Alotropizmi i referohet vetëm formave të ndryshme të elementeve kimike të pastra. Fenomeni në të cilin komponimet shfaqin forma të ndryshme kristalore quhet polimorfizëm.

Alotropet në tabelën periodike

Alotropet ndodhin vetëm me elementë të caktuar, në grupet 13 deri në 16 në Tabelën Periodike.

Grupi 13

Bori (B), elementi i dytë më i fortë, është i vetmi element alotropik në Grupin 13. Ai është i dyti vetëm pas karbonit (C) në aftësinë e tij për të formuar rrjete të lidhura me elementë.

Alotropet e Borit

• bor amorf
• bor kristalor i kuq α-romboedral
• bor β-romboedral kristalor i zi (alotropi më i qëndrueshëm termodinamikisht)
• bor β-tetragonal kristalor i zi

Grupi 14

Në grupin 14, vetëm karboni dhe kallaji ekzistojnë si alotrope në kushte normale.

Alotropet e karbonit

Alotropet e karbonit përfshijnë:

• Diamanti, ku atomet e karbonit janë të lidhura së bashku në një sistem rrjetë me katër kënde
• Grafit, ku atomet e karbonit janë të lidhura së bashku në fletët e një grilë me gjashtë anë
• Grafen, fletë të vetme grafiti; dhe
• Fullereni, ku atomet e karbonit janë të lidhura së bashku në sfera, cilindra ose formacione në formë veze

Diamanti dhe grafiti janë alotropet më të njohura të karbonit. Vetitë e diamantit dhe grafitit janë shumë të ndryshme me diamantin që është transparent dhe shumë i fortë, ndërsa grafiti është i zi dhe i butë (mjaft i butë për të shkruar në letër).

Grafiti është forma më e qëndrueshme termodinamikisht e karbonit. Grafiti është një lëndë e ngurtë e errët, dylli, e përdorur gjerësisht si lubrifikant. Është gjithashtu një përcjellës shumë i mirë i elektricitetit dhe mund të përdoret si material në elektrodat e një llambë me hark elektrik. Grafiti është forma më e qëndrueshme e karbonit të ngurtë të zbuluar ndonjëherë. Ai gjithashtu përfshin "plumbin" në lapsa.

Diamanti ka pikën më të lartë të shkrirjes dhe është më i vështiri nga lëndët e ngurta natyrale. Fortësia e tij dhe shpërndarja e lartë e dritës e bëjnë atë të mirë për t'u përdorur në bizhuteri. Ka edhe përdorime industriale. Fortësia e tij e bën atë një gërryes të shkëlqyer.

Alotropet e kallajit

Kallaji ka dy alotrope kryesore:

• Në temperaturën e dhomës, alotropi i qëndrueshëm është β-kallaj, një metal i bardhë argjendi, i lakueshëm. Njihet gjithashtu si kallaji i bardhë. Ka një strukturë tetragonale të përqendruar te trupi.
• në temperatura të ulëta, ai shndërrohet në α-kallaj më pak të dendur gri, i cili ka një strukturë kubike diamanti. Njihet gjithashtu si kallaj gri. Ajo ka një strukturë grilë të tipit diamanti.
  
  Dy alotrope të tjera, γ dhe σ, ekzistojnë në temperatura mbi 161 ° C (322 ° F) dhe presione mbi disa GPa. Në kushte të ftohta, β-kallaj tenton të transformohet spontanisht në α-kallaj, një fenomen i njohur si "dëmtuesi i kallajit" ose "sëmundja e kallajit". Dëmtuesi i kallajit ishte një problem i veçantë në Evropën Veriore në shekullin e 18-të, pasi tubat e organeve të bëra prej kallaji e lejonin ndonjëherë do të prekeshin gjatë dimrave të gjatë të ftohtë.

Grupi 15

Ekzistojnë dy elementë alotropikë në grupin 15, fosfori dhe arseniku.

Alotropet e fosforit

Format kryesore alotropike të formave të fosforit janë:

• Fosfori i bardhë ose i verdhë - Është një lëndë e ngurtë dylli dhe shumë helmuese. Është forma më e paqëndrueshme, më reaktive dhe më toksike, por më pak e qëndrueshme termodinamikisht e fosforit. Ai shkëlqen në errësirë dhe mund të digjet spontanisht në ajër.
• Fosfori i kuq – Gjendet në anë të kutive të shkrepëseve. Fosfori i kuq formohet kur fosfori i bardhë nxehet në 250°C dhe formon një avull. Avulli më pas mblidhet nën ujë.
• Fosfori i zi - Kjo është forma më e qëndrueshme termodinamikisht dhe më pak reaktive e fosforit. Ekziston në formën e tre kristaleve (ortorhombike, rombohedrale dhe metalike ose kubike) dhe një amorf, alotrop.
• Fosfori vjollcë – Njihet gjithashtu si fosfor monoklinik ose fosfori i Hittorfit sipas zbuluesit të tij.

Vetëm fosfori i bardhë dhe i kuq janë me rëndësi industriale.

Alotropet e arsenikut

Arseniku ekziston në një numër alotropesh. Dy alotropet e tij më të zakonshme janë - e verdha dhe grija metalike.

• Arseniku gri është një ngurtë e brishtë me shkëlqim.
• Arseniku i verdhë është i butë dhe dylli. Është reaktiv dhe shumë toksik dhe shndërrohet në arsenik gri kur ekspozohet ndaj dritës në temperaturën e dhomës.
• Një tjetër alotrop është arseniku i zi.

Grupi 16

Ekzistojnë vetëm tre elementë alotropikë në Grupin 16 - oksigjen, squfur dhe selen.

Alotropet e oksigjenit

Një molekulë diatomike e përbërë nga 2 atome oksigjeni me formulën molekulare O2 që zakonisht quhet oksigjen molekular ose dioksigjen. Është forma më e zakonshme e oksigjenit elementar. Është një gaz pa ngjyrë në temperaturën e dhomës dhe formon rreth 21% të atmosferës së tokës. Ai ekziston si diradikal dhe është i vetmi alotrop me elektrone të paçiftëzuara.

Një molekulë triatomike e përbërë nga 3 atome oksigjen me formulën molekulare O3 quhet ozon. Ozoni është termodinamikisht i paqëndrueshëm dhe shumë reaktiv. Ai u zbulua në 1840, nga Christian Friedrich Schonbein, dhe ekziston si një gaz blu i zbehtë në kushte normale të temperaturës dhe presionit.

Të dy alotropet e oksigjenit, dioksigjenit dhe ozonit përbëhen vetëm nga atomet e oksigjenit, por ato ndryshojnë në rregullimin e atomeve të oksigjenit:

• Oksigjeni molekular (dioksigjen), O2, është një molekulë lineare
• Ozoni, O3, është një molekulë e përkulur. Është shumë reaktiv.

Ozoni funksionon si një mburojë mbrojtëse për biosferën kundër efekteve mutagjene dhe të dëmshme të rrezatimit UV.

Tetraoksigjeni është një tjetër alotrop i oksigjenit. Njihet gjithashtu si oksozoni. Ekziston si një lëndë e ngurtë e kuqe e thellë që krijohet nga presioni i O2 deri në 20 GPa.

Alotropet e squfurit

Aktualisht, njihen rreth 30 alotrope squfuri të karakterizuara mirë.

α-squfuri formon kristale të verdha rombike nga unazat 8-anëtare të atomeve të squfurit (S8). Njihet gjithashtu si squfur rombik dhe është forma mbizotëruese që gjendet në "lulet e squfurit", "squfuri rrotull" dhe "qumështi i squfurit".

β-squfuri është një lëndë e ngurtë e verdhë me formë kristalore monoklinike dhe është më pak e dendur se α-squfuri. Njihet gjithashtu si squfur monoklinik. Është e pazakontë sepse është e qëndrueshme vetëm mbi 95,3 °C, më poshtë ajo shndërrohet në α-squfur.

γ-squfuri formon kristale të verdhë, monoklinike, si gjilpërë nga unazat 8-anëtare të atomeve të squfurit (S8). Nganjëherë quhet "squfur nakreoz" ose "squfuri nënë e perlës" për shkak të pamjes së tij. Është forma më e dendur nga të treja.

Alotropet e selenit

Seleni (Se) ekziston gjithashtu në disa forma alotropike - selen gri (trigonal), selen rombohedral, tre forma monoklinike me ngjyrë të kuqe të thellë (α -, β - dhe γ-seleni), selen i kuq amorf dhe selen qelqor i zi. Forma më e qëndrueshme dhe më e dendur termodinamikisht është seleni gri (trigonal), i cili përmban zinxhirë spirale të pafundme të atomeve të selenit. Të gjitha format e tjera kthehen në selen gri gjatë ngrohjes. Në përputhje me densitetin e tij, seleni gri konsiderohet si metalik dhe është forma e vetme e selenit që përçon elektricitetin. Një shtrembërim i lehtë i strukturës spirale do të prodhonte një rrjetë metalike kub.

Karakteristikat e ndryshme të alotropeve

Alotropet e të njëjtit element mund të tregojnë sjellje të ndryshme fizike dhe kimike. Ndryshimi në format alotropike lehtësohet nga të njëjtat forca që prekin strukturat e tjera, ato përfshijnë temperaturën, presionin dhe dritën. Për shembull, sjellja kimike e ozonit është e ndryshme nga ajo e dioksigjenit; ozoni është një agjent oksidues më i fortë se dioksigjeni.

Përmbledhja e mësimit

• Alotropet janë modifikime të ndryshme strukturore të një elementi.
• Alotropizmi është ekzistenca e disa elementeve kimike në dy ose më shumë forma të ndryshme.
• Alotropizmi është rezultat i ndryshimit në lidhjen e atomeve të një elementi.
• Termi alotropi përdoret vetëm në elemente, por jo për komponime.
• Alotropet e të njëjtit element mund të tregojnë veti të ndryshme fizike dhe kimike.