มีหลายรูปแบบที่สามารถมีองค์ประกอบบางอย่างได้ คุณรู้หรือไม่ว่าเพชรและกราไฟต์ต่างก็เหมือนกัน - แค่คาร์บอนบริสุทธิ์ และยังแตกต่างกันมาก เนื่องจากเพชรมีความแข็งที่สุด กราไฟต์จึงเป็นหนึ่งในส่วนที่อ่อนที่สุด แต่อย่างไรและทำไมพวกเขาถึงแตกต่างกันหากทั้งสองสร้างจากองค์ประกอบเดียวกัน
นี่คือสิ่งที่เรากำลังจะเรียนรู้ในบทเรียนนี้
เมื่อจบบทเรียนนี้ คุณควรจะสามารถ:
Allotropy ซึ่งเรียกอีกอย่างว่า allotropism หมายถึงคุณสมบัติของการมีอยู่ขององค์ประกอบทางเคมีบางอย่างในรูปแบบที่แตกต่างกันสองรูปแบบหรือมากกว่า รูปแบบที่แตกต่างกันเหล่านี้เรียกว่า allotropes ขององค์ประกอบ Allotropes เป็นการปรับเปลี่ยนโครงสร้างที่แตกต่างกันขององค์ประกอบ นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าอะตอมของธาตุถูกผูกมัดเข้าด้วยกันในลักษณะที่แตกต่างกัน
ตัวอย่างเช่น allotropes ของคาร์บอนรวมถึงเพชร กราไฟต์ กราฟีน และฟูลเลอรีน
องค์ประกอบทั้งหมดมี allotropes หรือไม่? คำตอบคือไม่ มีเพียงบางองค์ประกอบเท่านั้นที่มีการจัดสรร
คำว่า allotropy ใช้สำหรับธาตุเท่านั้น ไม่ใช่สำหรับสารประกอบ Allotropy หมายถึงธาตุที่มีรูปแบบต่างกันภายในสถานะเดียวกันเท่านั้น (เช่น ของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซในรูปแบบต่างๆ) รัฐต่างๆ เหล่านี้ไม่ถือเป็นตัวอย่างของการแบ่งสรรปันส่วน
Allotropes มีสูตรโมเลกุลที่แตกต่างกันในบางองค์ประกอบแม้จะมีความแตกต่างในเฟสก็ตาม ตัวอย่างเช่น ในออกซิเจน มีสองอัญรูป: ไดอ็อกซิเจน
Allotropes สามารถเป็น monotropic หรือ enantiotropic
Allotropism หมายถึง องค์ประกอบ ทางเคมีบริสุทธิ์ในรูปแบบต่างๆเท่านั้น ปรากฏการณ์ที่ สารประกอบ แสดงรูปแบบผลึกที่แตกต่างกันเรียกว่า ความหลากหลาย
Allotropes เกิดขึ้นกับธาตุบางชนิดเท่านั้น ในกลุ่มที่ 13 ถึง 16 ในตารางธาตุ
กลุ่มที่ 13
โบรอน (B) เป็นธาตุที่แข็งที่สุดเป็นอันดับสอง เป็นธาตุ allotropic เดียวในกลุ่ม 13 เป็นธาตุที่สองรองจากคาร์บอน (C) ในด้านความสามารถในการสร้างเครือข่ายที่ยึดเหนี่ยวด้วยธาตุ
Allotropes ของโบรอน
กลุ่มที่ 14
ในกลุ่ม 14 มีเพียงคาร์บอนและดีบุกเท่านั้นที่มีอยู่เป็น allotropes ภายใต้สภาวะปกติ
Allotropes ของคาร์บอน
allotropes ของคาร์บอนรวมถึง:
เพชรและกราไฟต์เป็นองค์ประกอบที่รู้จักกันมากที่สุดของคาร์บอน คุณสมบัติของเพชรและกราไฟต์แตกต่างกันมาก โดยเพชรจะโปร่งใสและแข็งมาก ในขณะที่กราไฟต์จะมีสีดำและอ่อน (อ่อนพอที่จะเขียนบนกระดาษได้)
กราไฟต์เป็นคาร์บอนในรูปแบบที่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์มากที่สุด กราไฟต์เป็นของแข็งคล้ายขี้ผึ้งสีเข้ม ใช้เป็นสารหล่อลื่นอย่างกว้างขวาง นอกจากนี้ยังเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีมากและสามารถใช้เป็นวัสดุในขั้วไฟฟ้าของโคมไฟอาร์คไฟฟ้า กราไฟต์เป็นคาร์บอนแข็งรูปแบบที่เสถียรที่สุดเท่าที่เคยค้นพบมา นอกจากนี้ยังประกอบด้วย "ตะกั่ว" ในดินสอ
เพชรมีจุดหลอมเหลวสูงที่สุดและแข็งที่สุดในบรรดาของแข็งที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ ความแข็งและการกระจายแสงสูงทำให้เหมาะสำหรับใช้ในเครื่องประดับ นอกจากนี้ยังมีการใช้ในอุตสาหกรรม ความแข็งทำให้ขัดได้ดีเยี่ยม
Allotropes ของดีบุก
ดีบุกมีสองส่วนหลัก:
กลุ่มที่ 15
มีธาตุ allotropic สองตัวในกลุ่ม 15 คือฟอสฟอรัสและสารหนู
Allotropes ของฟอสฟอรัส
รูปแบบ allotropic หลักของรูปแบบฟอสฟอรัสคือ:
ฟอสฟอรัสขาวและแดงเท่านั้นที่มีความสำคัญทางอุตสาหกรรม
Allotropes ของสารหนู
สารหนูมีอยู่ใน allotropes จำนวนหนึ่ง allotropes ที่พบมากที่สุด 2 ชนิดคือ – สีเหลืองและสีเทาโลหะ
กลุ่มที่ 16
มีธาตุ allotropic เพียงสามชนิดในกลุ่ม 16 – ออกซิเจน กำมะถัน และซีลีเนียม
Allotropes ของออกซิเจน
โมเลกุลไดอะตอมประกอบด้วยออกซิเจน 2 อะตอมที่มีสูตรโมเลกุล O2 ที่เรียกกันทั่วไปว่าโมเลกุลออกซิเจนหรือไดออกซิเจน เป็นรูปแบบธาตุออกซิเจนที่พบได้บ่อยที่สุด เป็นก๊าซไม่มีสีที่อุณหภูมิห้องและก่อตัวขึ้นประมาณ 21% ของชั้นบรรยากาศโลก มันมีอยู่ในรูปแบบ diradical และเป็น allotrope เดียวที่มีอิเล็กตรอนไม่ตรงกัน
โมเลกุลไตรอะตอมประกอบด้วยออกซิเจน 3 อะตอมที่มีสูตรโมเลกุล O3 เรียกว่าโอโซน โอโซนไม่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์และมีปฏิกิริยาสูง มันถูกค้นพบในปี 1840 โดย Christian Friedrich Schonbein และมีอยู่ในรูปของก๊าซสีน้ำเงินอ่อนที่อุณหภูมิและความดันปกติ
ทั้ง allotropes ของออกซิเจน ไดออกซิเจน และโอโซนประกอบด้วยอะตอมของออกซิเจนเท่านั้น แต่ต่างกันตรงที่การจัดเรียงของอะตอมของออกซิเจน:
โอโซนทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันสำหรับชีวมณฑลจากผลกระทบที่ก่อให้เกิดการกลายพันธุ์และเป็นอันตรายของรังสียูวี
Tetraoxygen เป็นอีกหนึ่งส่วนของออกซิเจน เป็นที่รู้จักกันว่าออกโซโซน มันมีอยู่เป็นของแข็งสีแดงเข้มที่สร้างขึ้นโดยการกดดัน O2 ถึงลำดับที่ 20 GPa.
Allotropes ของกำมะถัน
ในปัจจุบัน รู้จักซัลเฟอร์ allotropes ที่มีลักษณะเฉพาะประมาณ 30 ชนิด
α-ซัลเฟอร์ก่อตัวเป็นผลึกรูปขนมเปียกปูนสีเหลืองจากวงแหวน 8 อะตอมของอะตอมกำมะถัน (S8) เป็นที่รู้จักกันว่าขนมเปียกปูนกำมะถันและเป็นรูปแบบเด่นที่พบใน "ดอกไม้แห่งกำมะถัน" "กำมะถันม้วน" และ "น้ำนมแห่งกำมะถัน"
β-ซัลเฟอร์เป็นของแข็งสีเหลืองที่มีรูปแบบผลึกแบบโมโนคลินิกและมีความหนาแน่นน้อยกว่า α-ซัลเฟอร์ เป็นที่รู้จักกันว่ากำมะถันโมโนคลินิก เป็นเรื่องผิดปกติเนื่องจากมีความเสถียรสูงกว่า 95.3 °C เท่านั้น ต่ำกว่านี้จะเปลี่ยนเป็น α-ซัลเฟอร์
γ-ซัลเฟอร์ก่อตัวเป็นผลึกสีเหลือง โมโนคลินิก คล้ายเข็มจากวงแหวน 8 อะตอมของอะตอมกำมะถัน (S8) บางครั้งมันถูกเรียกว่า “nacreous sulfur” หรือ “ Mother of pearl sulfur” เนื่องจากรูปร่างหน้าตาของมัน เป็นรูปแบบที่หนาแน่นที่สุดในสามรูปแบบ
Allotropes ของซีลีเนียม
ซีลีเนียม (Se) มีอยู่ในรูปแบบ allotropic หลายรูปแบบ ได้แก่ ซีลีเนียมสีเทา (ตรีโกณมิติ), ซีลีเนียมรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน, รูปแบบ monoclinic สีแดงเข้มสามรูปแบบ (α -, β - และ γ –ซีลีเนียม), ซีลีเนียมสีแดงอสัณฐาน และซีลีเนียมน้ำเลี้ยงสีดำ รูปแบบที่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์มากที่สุดและหนาแน่นที่สุดคือซีลีเนียมสีเทา (ตรีโกณมิติ) ซึ่งมีซีลีเนียมอะตอมเป็นเกลียวไม่สิ้นสุด รูปแบบอื่นทั้งหมดเปลี่ยนกลับเป็นซีลีเนียมสีเทาเมื่อร้อนขึ้น เพื่อรักษาความหนาแน่น ซีลีเนียมสีเทาถือเป็นโลหะ และเป็นซีลีเนียมรูปแบบเดียวที่นำไฟฟ้าได้ การบิดเบี้ยวเล็กน้อยของโครงสร้างเกลียวจะทำให้เกิดตาข่ายโลหะลูกบาศก์
Allotropes ขององค์ประกอบเดียวกันสามารถแสดงพฤติกรรมทางกายภาพและทางเคมีที่แตกต่างกัน การเปลี่ยนแปลงในรูปแบบ allotropic ได้รับการอำนวยความสะดวกโดยแรงแบบเดียวกันที่ส่งผลต่อโครงสร้างอื่นๆ ซึ่งรวมถึงอุณหภูมิ ความดัน และแสง ตัวอย่างเช่น พฤติกรรมทางเคมีของโอโซนแตกต่างจากของไดออกซิเจน โอโซนเป็นตัวออกซิไดซ์ที่แรงกว่าไดออกซิเจน
