Det finns en mängd olika former där vissa element kan existera. Vet du att diamant och grafit båda är samma sak - bara rent kol? Och ändå är de så olika. Eftersom diamant är hårdast är grafit en av de mjukaste. Men hur och varför är de olika, om båda är gjorda av samma element?
Detta är vad vi ska lära oss i den här lektionen.
I slutet av den här lektionen bör du kunna:
Allotropi, som också är känd som allotropism, hänvisar till egenskapen att det finns några kemiska element i två eller flera olika former. Dessa olika former är kända som elementens allotroper. Allotroper är olika strukturella modifieringar av ett element. Detta beror på det faktum att grundämnets atomer är sammanbundna på olika sätt.
Till exempel inkluderar allotroperna av kol diamant, grafit, grafen och fulleren.
Har alla element allotroper? Svaret är nej. Endast vissa element har allotroper.
Termen allotropi används endast för grundämnen, inte för föreningar. Allotropi hänvisar endast till olika former av ett element inom samma tillstånd (dvs olika fasta, flytande eller gasformer); dessa olika tillstånd anses inte i sig själva vara exempel på allotropi.
Allotroper har olika molekylformler i vissa element trots skillnaden i fas. Till exempel, i syre, två allotroper: dioxygen
Allotropa kan vara monotropa eller enantiotropa.
Allotropism avser endast de olika formerna av rena kemiska grundämnen . Fenomenet där föreningar uppvisar olika kristallina former kallas polymorfism.
Allotroper förekommer endast med vissa grundämnen, i grupperna 13 till 16 i det periodiska systemet.
Grupp 13
Bor (B), det näst hårdaste grundämnet, är det enda allotropa grundämnet i grupp 13. Det är näst efter kol (C) i sin förmåga att bilda elementbundna nätverk.
Allotroper av bor
Grupp 14
I grupp 14 finns endast kol och tenn som allotroper under normala förhållanden.
Allotroper av kol
Kolets allotroper inkluderar:
Diamant och grafit är de mest kända allotroperna av kol. Egenskaperna hos diamant och grafit är mycket olika med diamant som är transparent och mycket hård medan grafit är svart och mjuk (mjuk nog att skriva på papper).
Grafit är den mest termodynamiskt stabila formen av kol. Grafit är ett mörkt, vaxartat fast ämne som används flitigt som smörjmedel. Det är också en mycket bra ledare av elektricitet och kan användas som material i elektroderna i en ljusbågslampa. Grafit är den mest stabila formen av fast kol som någonsin upptäckts. Den innehåller också "bly" i pennor.
Diamant har den högsta smältpunkten och är den hårdaste av de naturligt förekommande fasta ämnena. Dess hårdhet och höga ljusspridning gör den bra att använda i smycken. Den har också industriella användningsområden. Dess hårdhet gör det till ett utmärkt slipmedel.
Allotroper av tenn
Tenn har två huvudsakliga allotroper:
Grupp 15
Det finns två allotropa grundämnen i grupp 15, fosfor och arsenik.
Allotroper av fosfor
De viktigaste allotropa formerna av fosforformer är:
Endast vit och röd fosfor är av industriell betydelse.
Allotroper av arsenik
Arsenik finns i ett antal allotroper. Dess två vanligaste allotroper är - gul och metallgrå.
Grupp 16
Det finns bara tre allotropa grundämnen i grupp 16 - syre, svavel och selen.
Allotroper av syre
En diatomisk molekyl som består av 2 syreatomer med molekylformeln O2 som vanligtvis kallas molekylärt syre eller dioxygen. Det är den vanligaste formen av elementärt syre. Det är en färglös gas vid rumstemperatur och utgör cirka 21 % av jordens atmosfär. Den existerar som en diradikal och är den enda allotropen med oparade elektroner.
En triatomisk molekyl som består av 3 syreatomer med molekylformeln O3 kallas ozon. Ozon är termodynamiskt instabilt och mycket reaktivt. Den upptäcktes 1840 av Christian Friedrich Schonbein och existerar som en ljusblå gas vid normala temperatur- och tryckförhållanden.
Båda allotroperna av syre, dioxygen och ozon består endast av syreatomer, men de skiljer sig åt i arrangemanget av syreatomerna:
Ozon fungerar som en skyddande sköld för biosfären mot de mutagena och skadliga effekterna av UV-strålning.
Tetraoxygen är en annan allotrop av syre. Det är också känt som oxozon. Det existerar som en djupröd fast substans som skapas genom att trycksätta O2 till storleksordningen 20 GPa.
Allotroper av svavel
För närvarande är ett 30-tal välkarakteriserade svavelallotroper kända.
α-svavel bildar gula, rombiska kristaller av 8-ledade ringar av svavelatomer (S8). Det är också känt som rombiskt svavel och är den dominerande formen som finns i "svavelblommor", "rullsvavel" och "svavelmjölk".
β-Svavel är ett gult fast ämne med en monoklinisk kristallform och är mindre tät än α-svavel. Det är också känt som monoklint svavel. Det är ovanligt eftersom det bara är stabilt över 95,3 °C, under detta omvandlas det till α-svavel.
γ-svavel bildar gula, monoklina, nålliknande kristaller av 8-ledade ringar av svavelatomer (S8). Det kallas ibland "perlemorsvavel" eller "pärlemorsvavel" på grund av dess utseende. Det är den tätaste formen av de tre.
Allotroper av selen
Selen (Se) finns också i flera allotropa former - grått (trigonalt) selen, romboedriskt selen, tre djupröda monokliniska former (α -, β - och γ -selen), amorft rött selen och svart glasaktigt selen. Den mest termodynamiskt stabila och tätaste formen är grått (trigonalt) selen, som innehåller oändliga spiralformade kedjor av selenatomer. Alla andra former återgår till grått selen vid uppvärmning. I enlighet med sin densitet betraktas grått selen som metalliskt, och det är den enda formen av selen som leder elektricitet. En lätt förvrängning av den spiralformade strukturen skulle ge ett kubiskt metallgitter.
Allotroper av samma grundämne kan visa olika fysiska och kemiska beteenden. Förändringen i allotropa former underlättas av samma krafter som påverkar andra strukturer, de inkluderar temperatur, tryck och ljus. Till exempel skiljer sig det kemiska beteendet hos ozon från det för dioxygen; ozon är ett starkare oxidationsmedel än dioxygen.
