Back to the topics list

allotropism, allotropy

Kuna aina mbalimbali za aina ambazo vipengele fulani vinaweza kuwepo. Je! unajua kuwa almasi na grafiti zote ni sawa - kaboni safi tu? Na bado ni tofauti sana. Kwa vile almasi ni ngumu zaidi, grafiti ni mojawapo ya laini zaidi. Lakini ni jinsi gani na kwa nini ni tofauti, ikiwa zote mbili zinafanywa kwa kipengele kimoja?

Hivi ndivyo tutakavyojifunza katika somo hili.

Malengo ya Kujifunza

Kufikia mwisho wa somo hili, unapaswa kuwa na uwezo wa:

• Eleza maana ya alotropi.
• Eleza allotropes ya vipengele tofauti.
• Eleza sifa za alotropu tofauti.
• Aina tofauti za allotropes.
• Tofauti kati ya allotropism na polymorphism.

Allotropy ni nini?

Alotropi, ambayo pia inajulikana kama allotropism, inahusu mali ya kuwepo kwa baadhi ya vipengele vya kemikali katika aina mbili au zaidi tofauti. Aina hizi tofauti hujulikana kama alotropes ya vipengele. Alotropu ni marekebisho tofauti ya kimuundo ya kipengele. Hii ni kutokana na ukweli kwamba atomi za kipengele zimeunganishwa pamoja kwa namna tofauti.

Kwa mfano, alotropu za kaboni ni pamoja na almasi, grafiti, graphene, na fullerene.

Je, vipengele vyote vina alotropi? Jibu ni Hapana. Baadhi tu ya vipengele vina alotropu.

Neno alotropi hutumiwa kwa vipengele pekee, si kwa misombo. Alotropi inarejelea tu aina tofauti za kipengele ndani ya hali sawa (yaani, aina tofauti za kigumu, kioevu au gesi); majimbo haya tofauti, yenyewe, hayazingatiwi mifano ya alotropi.

Alotropu zina fomula tofauti za molekuli katika baadhi ya vipengele licha ya tofauti katika awamu. Kwa mfano, katika oksijeni, allotropes mbili: dioksijeni O2 na ozoni O3 zote zinaweza kuwepo katika hali tofauti, imara, kioevu, au gesi.

Aina za allotropy: Monotropic na Enantiotropic

Allotropes inaweza kuwa monotropic au enantiotropic.

• Katika allotropes ya monotropiki, moja tu ya fomu ni imara zaidi chini ya hali tofauti. Inatokea wakati aina fulani ya kipengele hudumisha uthabiti wake chini ya hali ya kawaida, wakati fomu nyingine hubadilika, hatimaye kubadilika kuwa imara. Graphite na almasi, kama ilivyotajwa hapo awali, ni alotropu za kaboni, grafiti ikiwa ndio thabiti na almasi ikibadilika polepole kuwa grafiti.
• Katika fomu ya enantiotropiki, aina tofauti ni imara katika hali tofauti na hupitia mabadiliko ya kugeuka. Hutokea wakati hali mahususi kama vile halijoto au shinikizo husababisha aina moja ya dutu kubadilika hadi umbo lingine. Kwa mfano, kuna alotropi mbili za bati - bati nyeupe na bati ya kijivu. Bati nyeupe ni thabiti katika halijoto ya zaidi ya 13.2° na bati ya kijivu ni thabiti kwa joto chini ya 13.2°. Katika joto chini ya 13.2 ° C, hubadilika kutoka bati nyeupe hadi bati ya kijivu.

Allotropism dhidi ya Polymorphism

Allotropism inarejelea tu aina tofauti za kemikali safi. Jambo ambalo misombo huonyesha maumbo tofauti ya fuwele huitwa polimafimu.

Allotropes katika Jedwali la Periodic

Alotropes hutokea tu na vipengele fulani, katika Vikundi 13 hadi 16 katika Jedwali la Vipindi.

Kikundi cha 13

Boroni (B), kipengele cha pili kigumu, ni kipengele pekee cha allotropic katika Kundi la 13. Ni ya pili baada ya kaboni (C) katika uwezo wake wa kuunda mitandao iliyounganishwa na kipengele.

Allotropes ya Boron

• boroni ya amofasi
• boroni ya fuwele nyekundu α-rhombohedral
• boroni ya fuwele nyeusi β-rhombohedral (allotrope iliyo thabiti zaidi ya joto)
• boroni nyeusi ya β-tetragonal

Kikundi cha 14

Katika Kundi la 14, ni kaboni na bati pekee zipo kama alotropu katika hali ya kawaida.

Allotropes ya Carbon

Alotropes ya kaboni ni pamoja na:

• Almasi, ambapo atomi za kaboni huunganishwa pamoja katika mpangilio wa kimiani wenye pembe nne
• Graphite, ambapo atomi za kaboni huunganishwa pamoja katika shuka za kimiani zenye pande sita
• Graphene, karatasi moja ya grafiti; na
• Fullerene, ambapo atomi za kaboni huunganishwa pamoja katika duara, silinda, au umbo lenye umbo la yai.

Almasi na grafiti ni allotropes inayojulikana zaidi ya kaboni. Sifa za almasi na grafiti ni tofauti sana na almasi kuwa wazi na ngumu sana wakati grafiti ni nyeusi na laini (laini vya kutosha kuandika kwenye karatasi).

Graphite ni aina ya kaboni iliyo imara zaidi ya thermodynamically. Graphite ni giza, ngumu ya nta, inayotumiwa sana kama lubricant. Pia ni kondakta mzuri sana wa umeme na inaweza kutumika kama nyenzo katika elektroni za taa ya arc ya umeme. Graphite ndio aina thabiti zaidi ya kaboni gumu kuwahi kugunduliwa. Pia inajumuisha "risasi" katika penseli.

Almasi ina sehemu ya juu zaidi ya kuyeyuka na ndiyo ngumu zaidi kati ya vitu vikali vinavyotokea kiasili. Ugumu wake na mtawanyiko wa juu wa mwanga huifanya kuwa nzuri kwa matumizi katika mapambo. Pia ina matumizi ya viwandani. Ugumu wake hufanya kuwa abrasive bora.

Allotropes ya Tin

Tin ina allotropes kuu mbili:

• Katika halijoto ya kawaida, alotropu thabiti ni β-bati, chuma-nyeupe-fedha, chuma kinachoweza kutengenezwa. Pia inajulikana kama bati nyeupe. Ina muundo wa tetragonal unaozingatia mwili.
• kwa joto la chini, hubadilika kuwa α-bati ya kijivu kidogo, ambayo ina muundo wa ujazo wa almasi. Pia inajulikana kama bati ya kijivu. Ina muundo wa kimiani wa aina ya almasi.
  
  Alotropu mbili zaidi, γ na σ, zipo kwenye halijoto ya zaidi ya 161°C (322 °F) na shinikizo la juu ya GPa. Katika hali ya baridi, β-tin huelekea kubadilika yenyewe kuwa α-tin, jambo linalojulikana kama "wadudu waharibifu wa bati" au "ugonjwa wa bati". Wadudu waharibifu wa bati walikuwa tatizo hasa katika Ulaya Kaskazini katika karne ya 18 kwani mabomba ya viungo yaliyotengenezwa kwa bati yanaruhusu wakati mwingine yangeathiriwa wakati wa majira ya baridi ndefu.

Kikundi cha 15

Kuna vipengele viwili vya allotropiki katika Kundi la 15, fosforasi na arseniki.

Allotropes ya Fosforasi

Aina kuu za allotropiki za fomu za fosforasi ni:

• Fosforasi nyeupe au njano - Ni nta imara na yenye sumu sana. Ni aina tete zaidi, tendaji zaidi, na yenye sumu zaidi, lakini ni aina ya fosforasi isiyoweza kubadilika joto. Inang'aa gizani na inaweza kuwaka hewani.
• Fosforasi nyekundu - Inapatikana kando ya masanduku ya mechi. Fosforasi nyekundu huundwa wakati fosforasi nyeupe inapokanzwa hadi 250 ° C na kuunda mvuke. Kisha mvuke hukusanywa chini ya maji.
• Fosforasi nyeusi - Hii ndiyo aina ya fosforasi isiyoweza kubadilika zaidi ya joto, na inayofanya kazi kidogo zaidi. Inapatikana kama fuwele tatu (orthorhombic-, rhombohedral- na metali, au cubic) na amofasi moja, allotrope.
• Fosforasi ya Violet - Pia inajulikana kama fosforasi ya monoclinic au fosforasi ya Hittorf baada ya mgunduzi wake.

Fosforasi nyeupe na nyekundu pekee ndizo za umuhimu wa viwanda.

Allotropes ya Arsenic

Arsenic iko katika idadi ya allotropes. Alotropu zake mbili za kawaida ni - njano na kijivu cha metali.

• Kijivu arseniki ni brittle shiny imara.
• Arseniki ya manjano ni laini na yenye nta. Ni tendaji na ni sumu sana na hubadilika kuwa arseniki ya kijivu inapoangaziwa kwenye joto la kawaida.
• Allotrope nyingine ni arseniki nyeusi.

Kikundi cha 16

Kuna vipengele vitatu tu vya alotropiki katika Kundi la 16 - oksijeni, sulfuri, na selenium.

Allotropes ya oksijeni

Molekuli ya diatomiki inayoundwa na atomi 2 za oksijeni na fomula ya molekuli O2 inayojulikana kama oksijeni ya molekuli au dioksijeni. Ni aina ya kawaida ya oksijeni ya msingi. Ni gesi isiyo na rangi kwenye joto la kawaida na huunda karibu 21% ya angahewa ya dunia. Inapatikana kama diradical na ni allotrope pekee yenye elektroni ambazo hazijaoanishwa.

Molekuli ya triatomiki inayoundwa na atomi 3 za oksijeni na fomula ya molekuli O3 inajulikana kama ozoni. Ozoni haina uthabiti wa hali ya hewa na inafanya kazi sana. Iligunduliwa mnamo 1840, na Christian Friedrich Schonbein, na inapatikana kama gesi ya buluu iliyokolea kwenye joto la kawaida na hali ya shinikizo.

Alotropu zote mbili za oksijeni, dioksijeni, na ozoni, zinaundwa na atomi za oksijeni tu, lakini zinatofautiana katika mpangilio wa atomi za oksijeni:

• Oksijeni ya molekuli (dioksijeni), O2, ni molekuli ya mstari
• Ozoni, O3, ni molekuli iliyopinda. Ni tendaji sana.

Ozoni hufanya kazi kama ngao ya kinga kwa biolojia dhidi ya athari za mabadiliko na hatari za mionzi ya UV.

Tetraoxygen ni allotrope nyingine ya oksijeni. Pia inajulikana kama oxozone. Inapatikana kama kingo nyekundu ambayo huundwa kwa kushinikiza O2 hadi 20 GPa.

Allotropes ya Sulfuri

Kwa sasa, kuhusu alotropu 30 za sulfuri zinazojulikana vizuri zinajulikana.

α-sulfuri huunda fuwele za manjano, za rhombic kati ya pete 8 za atomi za sulfuri (S8). Pia inajulikana kama rhombic sulfuri, na ndiyo aina kuu inayopatikana katika "maua ya sulfuri", "sulfuri ya sulfuri", na "maziwa ya sulfuri".

β-Sulfuri ni kingo ya manjano yenye umbo la kioo cha monoclinic na haina mnene zaidi kuliko α-sulfuri. Pia inajulikana kama sulfuri ya monoclinic. Sio kawaida kwa sababu ni thabiti tu juu ya 95.3 °C, chini ya hii inabadilika kuwa α-sulfuri.

γ-sulfuri huunda fuwele za manjano, monoclinic, kama sindano kati ya pete 8 za atomi za sulfuri (S8). Wakati mwingine huitwa "sulfuri ya nacreous" au "mama wa sulfuri ya lulu" kwa sababu ya kuonekana kwake. Ni aina mnene zaidi kati ya hizo tatu.

Allotropes ya Selenium

Selenium (Se) pia inapatikana katika aina kadhaa za allotropiki - seleniamu ya kijivu (trigonal), selenium ya rhombohedral, aina tatu za monoclinic ya kina-nyekundu (α -, β -, na γ -selenium), selenium nyekundu ya amofasi, na selenium nyeusi ya vitreous. Fomu thabiti zaidi ya thermodynamically na mnene zaidi ni seleniamu ya kijivu (trigonal), ambayo ina minyororo ya helical isiyo na kikomo ya atomi za seleniamu. Aina zingine zote hurudi kwenye seleniamu ya kijivu wakati wa kuongeza joto. Kwa kuzingatia msongamano wake, seleniamu ya kijivu inachukuliwa kuwa ya metali, na ndiyo aina pekee ya seleniamu inayoongoza umeme. Kupotosha kidogo kwa muundo wa helical kunaweza kutoa kimiani ya chuma ya ujazo.

Tabia tofauti za allotropes

Alotropu za kipengele sawa zinaweza kuonyesha tabia tofauti za kimwili na kemikali. Mabadiliko katika fomu za allotropiki huwezeshwa na nguvu sawa zinazoathiri miundo mingine, ni pamoja na joto, shinikizo, na mwanga. Kwa mfano, tabia ya kemikali ya ozoni ni tofauti na ile ya dioksijeni; ozoni ni wakala wa oksidi kali kuliko dioksijeni.

Muhtasari wa Somo

• Alotropu ni marekebisho tofauti ya kimuundo ya kipengele.
• Allotropism ni kuwepo kwa baadhi ya vipengele vya kemikali katika aina mbili au zaidi tofauti.
• Allotropism ni matokeo ya tofauti katika kuunganishwa kwa atomi za kipengele.
• Neno alotropi linatumika tu katika vipengele lakini si kwa misombo.
• Allotropes ya kipengele sawa inaweza kuonyesha mali tofauti za kimwili na kemikali.