Back to the topics list

allotropism, allotropy

Mayroong iba't ibang anyo kung saan maaaring umiral ang ilang elemento. Alam mo ba na pareho ang brilyante at grapayt - puro carbon lang? At gayon pa man sila ay ibang-iba. Dahil ang brilyante ang pinakamatigas, ang grapayt ay isa sa pinakamalambot. Ngunit paano at bakit sila naiiba, kung ang dalawa ay gawa sa parehong elemento?

Ito ang matututuhan natin sa araling ito.

Mga Layunin sa pag-aaral

Sa pagtatapos ng araling ito, dapat ay magagawa mo nang:

• Ilarawan ang kahulugan ng allotropy.
• Ilarawan ang mga alotrop ng iba't ibang elemento.
• Ipaliwanag ang mga katangian ng iba't ibang allotropes.
• Iba't ibang uri ng allotropes.
• Pagkakaiba sa pagitan ng allotropism at polymorphism.

Ano ang allotropy?

Ang allotropy, na kilala rin bilang allotropism, ay tumutukoy sa pag-aari ng pagkakaroon ng ilang elemento ng kemikal sa dalawa o higit pang magkakaibang anyo. Ang iba't ibang anyo na ito ay kilala bilang mga allotropes ng mga elemento. Ang mga allotrop ay iba't ibang mga pagbabago sa istruktura ng isang elemento. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang mga atomo ng elemento ay pinagsama-sama sa ibang paraan.

Halimbawa, ang mga allotropes ng carbon ay kinabibilangan ng brilyante, graphite, graphene, at fullerene.

Lahat ba ng elemento ay may mga allotropes? Ang sagot ay Hindi. Ilan lamang sa mga elemento ang may allotropes.

Ang terminong allotropy ay ginagamit para sa mga elemento lamang, hindi para sa mga compound. Ang allotropy ay tumutukoy lamang sa iba't ibang anyo ng isang elemento sa loob ng parehong estado (ibig sabihin, iba't ibang solid, likido, o gas na anyo); ang iba't ibang estadong ito ay hindi, sa kanilang sarili, ay itinuturing na mga halimbawa ng allotropy.

Ang mga allotropes ay may iba't ibang mga molekular na formula sa ilang mga elemento sa kabila ng pagkakaiba sa bahagi. Halimbawa, sa oxygen, dalawang allotropes: dioxygen O2 at ozone O3 maaaring parehong umiral sa iba't ibang estado, solid, likido, o gas.

Mga uri ng allotropy: Monotropic at Enantiotropic

Ang mga alotrop ay maaaring monotropiko o enantiotropiko.

• Sa monotropic allotropes, isa lamang sa mga form ang pinaka-stable sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon. Nangyayari ito kapag ang isang partikular na anyo ng isang elemento ay nagpapanatili ng katatagan nito sa ilalim ng normal na mga kondisyon, habang ang iba pang (mga) anyo ay nagbabago, sa kalaunan ay nagko-convert sa isang matatag. Ang graphite at diamante, gaya ng nabanggit kanina, ay mga allotrope ng carbon, na ang grapayt ang matatag at ang brilyante ay dahan-dahang nagiging grapayt.
• Sa anyo ng enantiotropic, ang iba't ibang mga anyo ay matatag sa iba't ibang mga kondisyon at sumasailalim sa mga reversible transition. Nangyayari ito kapag ang isang partikular na kondisyon tulad ng temperatura o presyon ay nagiging sanhi ng paglipat ng isang anyo ng isang substansiya sa ibang anyo. Halimbawa, mayroong dalawang allotropes ng lata - puting lata at kulay abong lata. Ang puting lata ay matatag sa temperaturang higit sa 13.2° at ang kulay abong lata ay matatag sa mga temperaturang mas mababa sa 13.2°. Sa mga temperaturang mas mababa sa 13.2° C, nagbabago ito mula sa puting lata tungo sa kulay abong lata.

Allotropism Versus Polymorphism

Ang allotropism ay tumutukoy lamang sa iba't ibang anyo ng purong kemikal na elemento . Ang kababalaghan kung saan ang mga compound ay nagpapakita ng iba't ibang mga kristal na anyo ay tinatawag na polymorphism.

Allotropes sa Periodic Table

Ang mga allotrop ay nangyayari lamang sa ilang mga elemento, sa Pangkat 13 hanggang 16 sa Periodic Table.

Pangkat 13

Ang Boron (B), ang pangalawang pinakamahirap na elemento, ay ang tanging allotropic na elemento sa Pangkat 13. Ito ay pangalawa lamang sa carbon (C) sa kakayahan nitong bumuo ng mga network na nakagapos ng elemento.

Allotropes ng Boron

• walang hugis boron
• pulang mala-kristal na α-rhombohedral boron
• black crystalline β-rhombohedral boron (ang pinaka thermodynamically stable na allotrope)
• itim na mala-kristal na β-tetragonal boron

Pangkat 14

Sa Pangkat 14, tanging ang carbon at lata ang umiiral bilang mga allotrope sa ilalim ng normal na mga kondisyon.

Allotropes ng Carbon

Ang mga allotropes ng carbon ay kinabibilangan ng:

• brilyante, kung saan ang mga carbon atom ay pinagsama-sama sa isang apat na sulok na pagsasaayos ng sala-sala
• Graphite, kung saan ang mga carbon atom ay pinagsama-sama sa mga sheet ng isang anim na panig na sala-sala
• Graphene, solong sheet ng grapayt; at
• Fullerene, kung saan ang mga carbon atom ay pinagsama-sama sa mga sphere, cylinder, o hugis-itlog na pormasyon

Ang brilyante at grapayt ay ang pinakakilalang allotropes ng carbon. Ang mga katangian ng brilyante at grapayt ay ibang-iba sa brilyante na transparent at napakatigas habang ang grapayt ay itim at malambot (sapat na malambot upang isulat sa papel).

Ang graphite ay ang pinaka thermodynamically stable na anyo ng carbon. Ang graphite ay isang madilim, waxy solid, na malawakang ginagamit bilang isang pampadulas. Ito rin ay isang napakahusay na konduktor ng kuryente at maaaring magamit bilang materyal sa mga electrodes ng isang electrical arc lamp. Ang Graphite ay ang pinaka-matatag na anyo ng solid carbon na natuklasan. Binubuo din nito ang "lead" sa mga lapis.

Ang brilyante ang may pinakamataas na punto ng pagkatunaw at ito ang pinakamahirap sa mga natural na solido. Ang tigas nito at mataas na dispersion ng liwanag ay ginagawa itong mainam para gamitin sa alahas. Mayroon din itong gamit pang-industriya. Ang katigasan nito ay ginagawa itong isang mahusay na nakasasakit.

Allotropes ng Tin

Ang lata ay may dalawang pangunahing allotropes:

• Sa temperatura ng silid, ang matatag na allotrope ay β-tin, isang kulay-pilak na puti, malleable na metal. Ito ay kilala rin bilang puting lata. Mayroon itong istrukturang tetragonal na nakasentro sa katawan.
• sa mababang temperatura, ito ay nagbabago sa hindi gaanong siksik na kulay-abo na α-tin, na mayroong isang diamante na kubiko na istraktura. Ito ay kilala rin bilang kulay abong lata. Ito ay may istraktura ng lattice na uri ng brilyante.
  
  Dalawa pang allotropes, γ at σ, ang umiiral sa mga temperaturang higit sa 161°C (322°F) at mga presyon sa itaas ng ilang GPa. Sa malamig na mga kondisyon, ang β-tin ay may posibilidad na kusang mag-transform sa α-tin, isang phenomenon na kilala bilang "tin pest" o "tin disease". Ang peste ng lata ay isang partikular na problema sa Hilagang Europa noong ika-18 siglo dahil ang mga organ pipe na gawa sa lata ay nagpapahintulot na minsan ay maapektuhan sa mahabang malamig na taglamig.

Pangkat 15

Mayroong dalawang allotropic na elemento sa Group 15, phosphorous at arsenic.

Allotropes ng Phosphorus

Ang mga pangunahing allotropic form ng phosphorous form ay:

• Puti o dilaw na posporus - Ito ay isang waxy solid at napakalason. Ito ang pinakapabagu-bago, pinaka-reaktibo, at pinaka-nakakalason, ngunit ang hindi bababa sa thermodynamically stable na anyo ng phosphorous. Ito ay kumikinang sa dilim at maaaring kusang masunog sa hangin.
• Pulang posporus - Ito ay matatagpuan sa gilid ng mga kahon ng posporo. Ang pulang posporus ay nabuo kapag ang puting posporus ay pinainit sa 250°C at bumubuo ng singaw. Pagkatapos ay kinokolekta ang singaw sa ilalim ng tubig.
• Black phosphorus - Ito ang pinaka thermodynamically stable, at hindi gaanong reaktibo, form ng phosphorous. Ito ay umiiral bilang tatlong crystallines (orthorhombic-, rhombohedral- at metallic, o cubic) at isang amorphous, allotrope.
• Violet phosphorus – Kilala rin ito bilang monoclinic phosphorus o Hittorf's phosphorus pagkatapos ng pagtuklas nito.

Ang puti at pulang posporus lamang ang may kahalagahan sa industriya.

Allotropes ng Arsenic

Ang arsenic ay umiiral sa isang bilang ng mga allotropes. Ang dalawang pinakakaraniwang allotropes nito ay - dilaw at metal na kulay abo.

• Ang gray arsenic ay isang malutong na makintab na solid.
• Ang dilaw na arsenic ay malambot at waxy. Ito ay reaktibo at napakalason at nagiging gray arsenic kapag nalantad sa liwanag sa temperatura ng silid.
• Ang isa pang allotrope ay itim na arsenic.

Pangkat 16

Mayroon lamang tatlong allotropic na elemento sa Group 16 – oxygen, sulfur, at selenium.

Allotropes ng Oxygen

Isang diatomic molecule na binubuo ng 2 oxygen atoms na may molecular formula O2 na karaniwang tinutukoy bilang molecular oxygen o dioxygen. Ito ang pinakakaraniwang anyo ng elemental na oxygen. Ito ay isang walang kulay na gas sa temperatura ng silid at bumubuo ng halos 21% ng atmospera ng mundo. Ito ay umiiral bilang isang diradical at ang tanging allotrope na may hindi magkapares na mga electron.

Ang isang triatomic molecule na binubuo ng 3 atoms ng oxygen na may molecular formula O3 ay tinutukoy bilang ozone. Ang ozone ay thermodynamically hindi matatag at mataas ang reaktibo. Ito ay natuklasan noong 1840, ni Christian Friedrich Schonbein, at umiiral bilang isang maputlang asul na gas sa normal na temperatura at mga kondisyon ng presyon.

Ang parehong mga allotropes ng oxygen, dioxygen, at ozone, ay binubuo lamang ng mga atomo ng oxygen, ngunit naiiba sila sa pagkakaayos ng mga atomo ng oxygen:

• Ang molekular na oxygen (dioxygen), O2, ay isang linear na molekula
• Ang Ozone, O3, ay isang baluktot na molekula. Ito ay lubos na reaktibo.

Ang ozone ay gumaganap bilang isang proteksiyon na kalasag para sa biosphere laban sa mutagenic at nakakapinsalang epekto ng UV radiation.

Ang Tetraoxygen ay isa pang allotrope ng oxygen. Ito ay kilala rin bilang oxozone. Ito ay umiiral bilang isang malalim na pulang solid na nilikha sa pamamagitan ng pagpindot sa O2 sa pagkakasunud-sunod ng 20 GPa.

Allotropes ng Sulfur

Sa kasalukuyan, mga 30 well-characterized sulfur allotropes ang kilala.

Ang α-sulfur ay bumubuo ng dilaw, rhombic na kristal mula sa 8-membered na mga singsing ng sulfur atoms (S8). Ito ay kilala rin bilang rhombic sulfur, at ang nangingibabaw na anyo na matatagpuan sa "mga bulaklak ng sulfur", "roll sulfur", at "gatas ng asupre".

Ang β-Sulfur ay isang dilaw na solid na may monoclinic na kristal na anyo at hindi gaanong siksik kaysa sa α-sulfur. Ito ay kilala rin bilang monoclinic sulfur. Ito ay hindi pangkaraniwan dahil ito ay matatag lamang sa itaas ng 95.3 °C, sa ibaba nito ay nagko-convert ito sa α-sulfur.

Ang γ-sulfur ay bumubuo ng dilaw, monoclinic, mala-karayom na kristal mula sa 8-membered na singsing ng sulfur atoms (S8). Minsan ito ay tinatawag na "nacreous sulfur" o "ina ng perlas na asupre" dahil sa hitsura nito. Ito ang pinakasiksik na anyo sa tatlo.

Allotropes ng Selenium

Umiiral din ang selenium (Se) sa ilang allotropic form – gray (trigonal) selenium, rhombohedral selenium, tatlong deep-red monoclinic forms (α -, β -, at γ –selenium), amorphous red selenium, at black vitreous selenium. Ang pinaka-thermodynamically stable at densest form ay gray (trigonal) selenium, na naglalaman ng walang katapusang helical chain ng selenium atoms. Ang lahat ng iba pang anyo ay bumabalik sa kulay abong selenium sa pag-init. Alinsunod sa density nito, ang kulay abong selenium ay itinuturing na metal, at ito ang tanging anyo ng selenium na nagsasagawa ng kuryente. Ang isang bahagyang pagbaluktot ng helical na istraktura ay magbubunga ng isang cubic metallic lattice.

Iba't ibang katangian ng allotropes

Ang mga allotrope ng parehong elemento ay maaaring magpakita ng iba't ibang pisikal at kemikal na pag-uugali. Ang pagbabago sa mga anyo ng allotropic ay pinadali ng parehong mga puwersa na nakakaapekto sa iba pang mga istraktura, kabilang dito ang temperatura, presyon, at liwanag. Halimbawa, ang kemikal na pag-uugali ng ozone ay iba sa dioxygen; Ang ozone ay isang mas malakas na oxidizing agent kaysa dioxygen.

Buod ng Aralin

• Ang mga allotrop ay iba't ibang mga pagbabago sa istruktura ng isang elemento.
• Ang allotropism ay ang pagkakaroon ng ilang elemento ng kemikal sa dalawa o higit pang magkakaibang anyo.
• Ang allotropism ay isang resulta ng pagkakaiba sa pagbubuklod ng mga atomo ng isang elemento.
• Ang terminong allotropy ay ginagamit lamang sa mga elemento ngunit hindi para sa mga compound.
• Ang mga allotropes ng parehong elemento ay maaaring magpakita ng iba't ibang katangiang pisikal at kemikal.