Back to the topics list

allotropiya, allotropizm

Muayyan elementlar mavjud bo'lishi mumkin bo'lgan turli xil shakllar mavjud. Bilasizmi, olmos va grafit ikkalasi ham bir xil - faqat toza uglerod? Va shunga qaramay, ular juda boshqacha. Olmos eng qattiq bo'lgani uchun grafit eng yumshoqlaridan biridir. Ammo ikkalasi ham bir xil elementdan yasalgan bo'lsa, ular qanday va nima uchun farq qiladi?

Bu biz ushbu darsda nimani o'rganamiz.

O'quv maqsadlari

Ushbu dars oxirida siz quyidagilarni bilishingiz kerak:

• Allotropiyaning ma’nosini aytib bering.
• Turli elementlarning allotroplarini tavsiflang.
• Turli allotroplarning xususiyatlarini tushuntiring.
• Allotroplarning har xil turlari.
• Allotropizm va polimorfizm o'rtasidagi farq.

Allotropiya nima?

Allotropizm deb ham ataladigan allotropiya ba'zi kimyoviy elementlarning ikki yoki undan ortiq turli shakllarda mavjudligi xususiyatini anglatadi. Ushbu turli xil shakllar elementlarning allotroplari deb nomlanadi. Allotroplar - bu elementning turli xil strukturaviy o'zgarishlari. Bu element atomlarining bir-biriga turlicha bog'langanligi bilan bog'liq.

Masalan, uglerodning allotroplariga olmos, grafit, grafen va fulleren kiradi.

Barcha elementlarning allotroplari bormi? Javob: Yo'q. Faqat ba'zi elementlarda allotroplar mavjud.

Allotropiya atamasi birikmalar uchun emas, faqat elementlar uchun ishlatiladi. Allotropiya deganda faqat bir xil holatdagi elementning turli shakllari (ya’ni, turli qattiq, suyuq yoki gaz shakllari) tushuniladi; bu turli holatlarning o'zlari allotropiya misollari hisoblanmaydi.

Allotroplar fazalar farqiga qaramay, ba'zi elementlarda turli xil molekulyar formulalarga ega. Masalan, kislorodda ikkita allotrop: dioksid O2 va ozon O3 har ikkisi ham qattiq, suyuq yoki gazda bo'lishi mumkin.

Allotropiya turlari: monotrop va enantiotropik

Allotroplar monotrop yoki enantiotrop bo'lishi mumkin.

• Monotrop allotroplarda turli xil sharoitlarda faqat bitta shakl eng barqarordir. Bu elementning ma'lum bir shakli normal sharoitda o'z barqarorligini saqlab qolganda, boshqa shakl(lar) o'zgarib, oxir-oqibat barqarorga aylanganda sodir bo'ladi. Yuqorida aytib o'tilganidek, grafit va olmos uglerodning allotroplari bo'lib, grafit barqaror bo'lib, olmos asta-sekin grafitga aylanadi.
• Enantiotropik shaklda turli xil shakllar turli sharoitlarda barqaror bo'lib, teskari o'tishlarni boshdan kechiradi. Bu harorat yoki bosim kabi ma'lum bir holat moddaning bir shakli boshqa shaklga o'tishiga sabab bo'lganda sodir bo'ladi. Masalan, qalayning ikkita allotropi - oq qalay va kulrang qalay mavjud. Oq qalay 13,2° dan yuqori haroratlarda, kulrang qalay esa 13,2° dan past haroratlarda barqaror. 13,2 ° C dan past haroratlarda u oq qalaydan kulrang qalayga o'zgaradi.

Allotropizm va polimorfizm

Allotropizm faqat sof kimyoviy elementlarning turli shakllariga ishora qiladi. Aralashmalarning turli kristallik shakllarini namoyon qilish hodisasi polimorfizm deb ataladi.

Davriy sistemadagi allotroplar

Allotroplar faqat ma'lum elementlar bilan, davriy jadvalning 13 dan 16 gacha bo'lgan guruhlarida uchraydi.

13-guruh

Bor (B), ikkinchi eng qattiq element, 13-guruhdagi yagona allotrop element bo'lib, u elementlar bilan bog'langan tarmoqlar hosil qilish qobiliyati bo'yicha ugleroddan (C) keyin ikkinchi o'rinda turadi.

Borning allotroplari

• amorf bor
• qizil kristall a-romboedral bor
• qora kristalli b-romboedral bor (eng termodinamik jihatdan barqaror allotrop)
• qora kristall b-tetragonal bor

14-guruh

14-guruhda oddiy sharoitda faqat uglerod va qalay allotrop sifatida mavjud.

Uglerodning allotroplari

Uglerodning allotroplariga quyidagilar kiradi:

• Olmos, bu erda uglerod atomlari to'rt burchakli panjara shaklida bir-biriga bog'langan
• Grafit, bu erda uglerod atomlari olti qirrali panjara varaqlarida bir-biriga bog'langan.
• Grafen, grafitning bir varaqlari; va
• Fulleren, bu erda uglerod atomlari sharlar, silindrlar yoki tuxum shaklidagi shakllarda bir-biriga bog'langan.

Olmos va grafit uglerodning eng mashhur allotroplaridir. Olmos va grafitning xususiyatlari juda farq qiladi, olmos shaffof va juda qattiq, grafit esa qora va yumshoq (qog'ozga yozish uchun etarlicha yumshoq).

Grafit uglerodning termodinamik jihatdan eng barqaror shaklidir. Grafit quyuq, mumsimon qattiq modda bo'lib, moylash vositasi sifatida keng qo'llaniladi. Bundan tashqari, u elektr tokini juda yaxshi o'tkazuvchidir va elektr boshq chiroqining elektrodlarida material sifatida ishlatilishi mumkin. Grafit hozirgacha topilgan qattiq uglerodning eng barqaror shaklidir. Shuningdek, u qalamlardagi "qo'rg'oshin" ni ham o'z ichiga oladi.

Olmos eng yuqori erish nuqtasiga ega va tabiiy qattiq moddalarning eng qattiqidir. Uning qattiqligi va yorug'likning yuqori dispersiyasi uni zargarlik buyumlarida ishlatish uchun qulay qiladi. Bundan tashqari, u sanoat maqsadlarida qo'llaniladi. Uning qattiqligi uni mukammal abraziv qiladi.

Qalayning allotroplari

Qalay ikkita asosiy allotropga ega:

• Xona haroratida barqaror allotrop b-kalay, kumushsimon oq, egiluvchan metalldir. U oq qalay sifatida ham tanilgan. U tana markazlashgan tetragonal tuzilishga ega.
• past haroratlarda olmos kubsimon tuzilishga ega bo'lgan kamroq zichroq kulrang a-qalayga aylanadi. U kulrang qalay sifatida ham tanilgan. U olmos tipidagi panjara tuzilishiga ega.
  
  Yana ikkita allotrop, g va s 161°C (322°F) dan yuqori haroratlarda va bir necha GPa. Sovuq sharoitda b-kalay o'z-o'zidan a-qalayga aylanadi, bu hodisa "qalay zararkunandalari" yoki "qalay kasalligi" deb nomlanadi. Qalay zararkunandalari 18-asrda Shimoliy Evropada alohida muammo bo'lgan, chunki qalaydan yasalgan organ quvurlari ba'zan uzoq sovuq qishda ta'sir qilishi mumkin edi.

15-guruh

15-guruhda ikkita allotrop element mavjud, fosfor va mishyak.

Fosforning allotroplari

Fosfor shakllarining asosiy allotropik shakllari:

• Oq yoki sariq fosfor - bu mumsimon qattiq va juda zaharli. Bu fosforning eng uchuvchan, eng reaktiv va zaharli, ammo termodinamik jihatdan eng barqaror shaklidir. U zulmatda porlaydi va havoda o'z-o'zidan yonishi mumkin.
• Qizil fosfor - gugurt qutilarining yon tomonida joylashgan. Qizil fosfor oq fosfor 250°C ga qizdirilganda hosil bo‘ladi va bug‘ hosil qiladi. Keyin bug 'suv ostida yig'iladi.
• Qora fosfor - Bu fosforning termodinamik jihatdan eng barqaror va eng kam reaktiv shaklidir. U uchta kristall (ortorombik, rombedral va metall yoki kubik) va bitta amorf, allotrop shaklida mavjud.
• Binafsha fosfor - uni kashf qilganidan keyin monoklinik fosfor yoki Xittorf fosfori sifatida ham tanilgan.

Faqat oq va qizil fosfor sanoat ahamiyatiga ega.

Arsenikning allotroplari

Arsenik bir qator allotroplarda mavjud. Uning ikkita eng keng tarqalgan allotroplari - sariq va metall kulrang.

• Kulrang mishyak mo'rt porloq qattiq moddadir.
• Sariq mishyak yumshoq va mumsimon. Bu reaktiv va juda zaharli va xona haroratida yorug'lik ta'sirida kulrang mishyakga aylanadi.
• Boshqa allotrop - qora mishyak.

16-guruh

16-guruhda faqat uchta allotropik element mavjud - kislorod, oltingugurt va selen.

Kislorodning allotroplari

O2 molekulyar formulaga ega bo'lgan 2 kislorod atomidan tashkil topgan diatomik molekula odatda molekulyar kislorod yoki dioksid deb ataladi. Bu elementar kislorodning eng keng tarqalgan shakli. Bu xona haroratida rangsiz gaz bo'lib, yer atmosferasining taxminan 21% ni tashkil qiladi. U diradikal sifatida mavjud va juftlanmagan elektronlarga ega yagona allotropdir.

O3 molekulyar formulasi bo'lgan kislorodning 3 atomidan tashkil topgan uch atomli molekula ozon deb ataladi. Ozon termodinamik jihatdan beqaror va yuqori reaktivdir. U 1840 yilda Kristian Fridrix Shonbeyn tomonidan kashf etilgan va normal harorat va bosim sharoitida och ko'k gaz sifatida mavjud.

Kislorod, dioksigen va ozonning ikkala allotropi ham faqat kislorod atomlaridan iborat, ammo ular kislorod atomlarining joylashishida farqlanadi:

• Molekulyar kislorod (dioksid), O2, chiziqli molekuladir
• Ozon, O3 egilgan molekuladir. U yuqori reaktivdir.

Ozon biosferani ultrabinafsha nurlanishining mutagen va zararli ta'siridan himoya qiluvchi qalqon vazifasini bajaradi.

Tetraoksigen kislorodning yana bir allotropidir. U oksozon sifatida ham tanilgan. U quyuq qizil qattiq modda sifatida mavjud bo'lib, O2 ni 20 GPa.

Oltingugurtning allotroplari

Hozirgi vaqtda 30 ga yaqin yaxshi tavsiflangan oltingugurt allotroplari ma'lum.

a-oltingugurt oltingugurt atomlarining 8 a'zoli halqalaridan (S8) sariq rangli rombsimon kristallar hosil qiladi. U rombsimon oltingugurt sifatida ham tanilgan va "oltingugurt gullari", "oltingugurt oltingugurt" va "oltingugurt suti" ning asosiy shaklidir.

b-oltingugurt monoklinik kristall shaklga ega bo'lgan sariq rangli qattiq moddadir va a-oltingugurtdan kamroq zichroqdir. U monoklinik oltingugurt sifatida ham tanilgan. Bu g'ayrioddiy, chunki u faqat 95,3 ° C dan yuqori haroratda barqaror, undan pastda u a-oltingugurtga aylanadi.

g-oltingugurt oltingugurt atomlarining 8 a'zoli halqalaridan sariq, monoklinik, ignasimon kristallar hosil qiladi (S8). Ba'zan tashqi ko'rinishi tufayli "nacreous oltingugurt" yoki "marvarid oltingugurt onasi" deb ataladi. Bu uchtasining eng zich shaklidir.

Selenning allotroplari

Selen (Se) bir nechta allotropik shakllarda ham mavjud - kulrang (trigonal) selen, rombedral selen, uchta quyuq qizil monoklinik shakllar (a -, b - va g -seleniy), amorf qizil selen va qora shishasimon selen. Termodinamik jihatdan eng barqaror va eng zich shakli kulrang (trigonal) selen bo'lib, unda selen atomlarining cheksiz spiral zanjirlari mavjud. Boshqa barcha shakllar qizdirilganda kulrang selenga qaytadi. O'zining zichligiga ko'ra, kulrang selen metall deb hisoblanadi va u elektr tokini o'tkazadigan selenning yagona shaklidir. Spiral strukturaning ozgina buzilishi kubikli metall panjara hosil qiladi.

Allotroplarning turli xossalari

Xuddi shu elementning allotroplari turli xil fizik va kimyoviy xatti-harakatlarni ko'rsatishi mumkin. Allotropik shakllarning o'zgarishi boshqa tuzilmalarga ta'sir qiladigan bir xil kuchlar tomonidan osonlashtiriladi, ular harorat, bosim va yorug'likni o'z ichiga oladi. Masalan, ozonning kimyoviy harakati dioksiddan farq qiladi; ozon dioksidga qaraganda kuchliroq oksidlovchi moddadir.

Dars xulosasi

• Allotroplar - bu elementning turli xil strukturaviy o'zgarishlari.
• Allotropizm - bu ba'zi kimyoviy elementlarning ikki yoki undan ortiq turli shakllarda mavjudligi.
• Allotropizm - bu element atomlarining bog'lanishdagi farqining natijasidir.
• Allotropiya atamasi faqat elementlarda qo'llaniladi, ammo birikmalar uchun emas.
• Xuddi shu elementning allotroplari turli xil fizik va kimyoviy xossalarni ko'rsatishi mumkin.