Artikkelistamme opit, mitä allotropia on. Tämä käsite on luonnossa laajalle levinnyt. Esimerkiksi happi ja otsoni ovat aineita, jotka koostuvat vain kemiallisesta alkuaineesta hapesta. Kuinka tämä on mahdollista? Selvitetään se yhdessä.
Käsitteen määritelmä
Allotropia on ilmiö, jossa yksi kemiallinen alkuaine on olemassa kahden tai useamman yksinkertaisen aineen muodossa. Sen löytäjänä pidetään ruotsalaista kemistiä ja mineralogi Jens Berzeliusta. Allotropia on ilmiö, jolla on paljon yhteistä kidepolymorfismin kanssa. Tämä aiheutti pitkän keskustelun tutkijoiden keskuudessa. Tällä hetkellä he ovat tulleet siihen tulokseen, että polymorfismi on ominaista vain kiinteille yksinkertaisille aineille.
Allotropian syyt
Kaikki kemialliset alkuaineet eivät voi muodostaa useita yksinkertaisia aineita. Kyky allotropiaan johtuu atomin rakenteesta. Useimmiten sitä esiintyy elementeissä, joilla on muuttuva hapetustilan arvo. Näitä ovat puoli- ja ei-metallit, inertit kaasut ja halogeenit.
Allotropia voi johtua useista syistä. Näitä ovat atomien erilainen määrä, niiden molekyyliksi liittymisjärjestys, elektronien spinien rinnakkaisuus, tyyppikristallihila. Tarkastellaan näitä allotropiatyyppejä käyttämällä erityisiä esimerkkejä.
Happi ja otsoni
Tämäntyyppinen allotropia on esimerkki siitä, kuinka yhden kemiallisen alkuaineen atomien eri määrä määrittää aineen fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet. Tämä koskee myös fysiologisia vaikutuksia eläviin organismeihin. Joten happi koostuu kahdesta happiatomista, otsoni - kolmesta.
Mitä eroa näillä aineilla on? Molemmat ovat kaasumaisia. Hapella ei ole väriä, makua tai hajua, se on puolitoista kertaa otsonia kevyempää. Tämä aine liukenee hyvin veteen, ja lämpötilan laskeessa tämän prosessin nopeus vain kasvaa. Kaikki organismit tarvitsevat happea hengitykseen. Siksi tämä aine on elintärkeä.
Otsoni on sininen. Jokainen meistä tunsi sen ominaisen tuoksun sateen jälkeen. Se on ankaraa, mutta melko miellyttävää. Happiin verrattuna otsoni on reaktiivisempi. Mikä on syy? Kun otsoni hajoaa, muodostuu happimolekyyli ja vapaa happiatomi. Se ryhtyy välittömästi yhdistereaktioihin muodostaen uusia aineita.
Hiilen hämmästyttävät ominaisuudet
Mutta atomien lukumäärä hiilimolekyylissä pysyy aina samana. Samalla se muodostaa täysin erilaisia aineita. Yleisimmät hiilen muunnelmat ovat timantti ja grafiitti. Ensimmäistä ainetta pidetään planeetan kovimpana. Tämä ominaisuus johtuu siitä, että timantissa olevat atomit on sidottu vahvoilla kovalenttisilla sidoksilla kaikkiin suuntiin. Yhdessä ne muodostavat kolmiulotteisen tetraedrien verkoston.
Grafiitissa vahvoja sidoksia muodostuu vain vaakatasossa olevien atomien välille. Tästä syystä on lähes mahdotonta murtaa grafiittitanko pituussuunnassa. Mutta sidokset, jotka yhdistävät vaakasuuntaiset hiilikerrokset toisiinsa, ovat erittäin heikkoja. Siksi joka kerta kun piirrämme yksinkertaisen kynän paperille, siihen jää harmaa merkki. Tämä on hiilikerros.
Rikin allotropia
Syy rikin muuntumiseen piilee myös molekyylien sisäisen rakenteen ominaisuuksissa. Vakain muoto on rombinen. Tämän tyyppisen rikin allotropian kiteitä kutsutaan romboiduiksi. Jokainen niistä muodostuu kruununmuotoisista molekyyleistä, joista jokainen sisältää 8 atomia. Fysikaalisten ominaisuuksiensa mukaan rombinen rikki on keltainen kiinteä aine. Se ei vain liukene veteen, vaan se ei edes kostu. Lämmön- ja sähkönjohtavuus ovat erittäin alhaisia.
Monokliinisen rikin rakennetta edustaa suuntaissärmiö, jossa on vinot kulmat. Visuaalisesti tämä aine muistuttaa tummankeltaisia neuloja. Jos rikki sulatetaan ja laitetaan sitten kylmään veteen, muodostuu sen uusi muunnelma. Sen alkuperäinen rakenne hajoaa eripituisiksi polymeeriketjuiksi. Näin saadaan muovinen rikki - ruskea kumimainen massa.
Fosforimuunnokset
Tieteilijöillä on 11 tyyppiä fosforia. Sen allotropia löydettiin melkein vahingossa, kuten tämä aine itse. Etsiessään viisasten kiveä alkemisti Brand sai valovoimanvirtsan haihtumisen seurauksena syntyvä kuiva-aine. Se oli valkoista fosforia. Tälle aineelle on ominaista korkea kemiallinen aktiivisuus. Riittää, kun lämpötila nostetaan 40 asteeseen, jotta valkoinen fosfori reagoi hapen kanssa ja syttyy palamaan.
Fosforin allotropian syy on kidehilan rakenteen muutos. Sitä voidaan muuttaa vain tietyin edellytyksin. Joten nostamalla painetta ja lämpötilaa hiilidioksidiilmakehässä saadaan punaista fosforia. Kemiallisesti se on vähemmän aktiivinen, joten sille ei ole ominaista luminesenssi. Kuumennettaessa se muuttuu höyryksi. Näemme tämän joka kerta, kun sytytämme säännöllisiä tulitikkuja. Ritilän pinta sisältää vain punaista fosforia.
Joten allotropia on yhden kemiallisen alkuaineen olemassaolo useiden yksinkertaisten aineiden muodossa. Löytyy useimmiten ei-metallien joukosta. Tämän ilmiön pääasiallisina syinä pidetään erilaista atomien määrää, jotka muodostavat aineen molekyylin, sekä kidehilan konfiguraation muutosta.
