Τι είναι ένα αλλοτρόπιο; Ορισμός και Παραδείγματα στη Χημεία
Τα αλλότροπα ορίζονται ως διαφορετικές δομικές μορφές ενός μόνο χημικού στοιχείου. Αυτές οι μορφές προκύπτουν από τους διαφορετικούς τρόπους με τους οποίους τα άτομα μπορούν να συνδεθούν μεταξύ τους.
Ο Σουηδός χημικός Jöns Jakob Berzelius πρότεινε την έννοια της αλλοτροπίας το 1841. Η λέξη "αλλοτροπία" προέρχεται από την ελληνική λέξη allotropia , που σημαίνει "μεταβλητότητα".
Τι είναι τα αλλότροπα και πώς σχηματίζονται
Τα στοιχεία μετασχηματίζονται από το ένα αλλοτρόπιο στο άλλο ως απόκριση στις αλλαγές της θερμοκρασίας, της πίεσης, ακόμη και της έκθεσης στο φως. Τα αλλότροπα συχνά σχηματίζονται αυθόρμητα. Συνήθως, το πρώτο στερεό αλλοτρόπιο που κρυσταλλώνεται από ένα διάλυμα ή τήγμα είναι το λιγότερο σταθερό. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται κανόνας του Ostwald ή κανόνας βημάτων του Ostwald.
Τα αλλότροπα έχουν διαφορετικές φυσικές και χημικές ιδιότητες το ένα από το άλλο. Για παράδειγμα, το διαμάντι και ο γραφίτης (δύο αλλότροπα άνθρακα) έχουν διαφορετική εμφάνιση, τιμές σκληρότητας, σημεία τήξης, σημεία βρασμού και αντιδραστικότητα.
Ορισμένα αλλότροπα στοιχεία έχουν διαφορετικούς μοριακούς τύπους. Για παράδειγμα, το διοοξυγόνο (O2 ) και το όζον (O3 ) υπάρχουν ως ξεχωριστά αλλότροπα σε στερεά, υγρή και αέρια φάση. Ορισμένα στοιχεία έχουν πολλαπλά αλλότροπα στη στερεά φάση, αλλά ένα υγρό και αέριο σχηματίζεται. Άλλα έχουν υγρά και αέρια αλλότροπα.
Παραδείγματα αλλοτροπών
Τα περισσότερα (πιθανώς όλα) στοιχεία έχουν αλλότροπα. Τα στοιχεία με τα περισσότερα αλλότροπα είναι αυτά με πολλαπλές καταστάσεις οξείδωσης. Τα αλλότροπα αμέταλλων είναι από τα πιο ευρέως αναγνωρισμένα, επειδή τα αμέταλλα τείνουν να εμφανίζουν χρώματα. Όμως, τα μεταλλοειδή και τα μέταλλα σχηματίζουν επίσης αλλότροπα.
Ακολουθούν μερικά παραδείγματα αλλοτροπών διαφορετικών στοιχείων. Λάβετε υπόψη ότι οι ερευνητές ανακαλύπτουν πάντα νέα αλλότροπα, ιδιαίτερα αυτά που σχηματίζονται υπό υψηλές πιέσεις.
Αλλότροπα άνθρακα
- Διαμάντι – τετραεδρικό πλέγμα
- Γραφίτης – φύλλα εξαγωνικών δικτυωμάτων
- Γραφένιο – δισδιάστατο πλέγμα κηρήθρας
- Άμορφος άνθρακας – μη κρυσταλλικός
- Lonsdaleite ή εξαγωνικό διαμάντι
- Φουλερένια
- Νανοσωλήνες
Αλλότροπα φωσφόρου
- Λευκός φώσφορος – κρυσταλλικός τετραφώσφορος (P4 )
- Κόκκινος φώσφορος
- Ιώδης φώσφορος – μονοκλινικοί κρύσταλλοι
- Κόκκινος φώσφορος
- Μαύρος φώσφορος
- Διφωσφόρος – αέριος P2
Αλλότροπα οξυγόνου
- Διοξυγόνο (O2 ) – άχρωμο αέριο, απαλό μπλε υγρό και στερεό
- Όζον (O3 ) – ωχρο μπλε αέριο, μπλε υγρό και στερεό
- Τετραοξυγόνο (O4 ) – απαλό μπλε έως ροζ
- Οκταοξυγόνο (O8 ) – κόκκινα κρύσταλλα
- δ-φάση – πορτοκαλί
- ε-φάση – μαύρο
- Μεταλλικό – σχηματίζεται σε εξαιρετικά υψηλές πιέσεις
Αλλότροπα αρσενικού
- Κίτρινο αρσενικό – μοριακό μη μεταλλικό ως4
- Γκρι αρσενικό – πολυμερικό As (μεταλλοειδή)
- Μαύρο αρσενικό – μοριακό και μη μεταλλικό
Αλλότροπα κασσίτερου
- α-κασσίτερος ή γκρίζος κασσίτερος – ονομάζεται επίσης παράσιτο κασσίτερου. κυβικά κρύσταλλα διαμαντιών
- β-κασσίτερος ή λευκός κασσίτερος
- γ-κασσίτερος – τετραγωνικοί κρύσταλλοι με επίκεντρο το σώμα
- σ-Sn – κυβικοί κρύσταλλοι με κέντρο το σώμα
Αλλότροπα σιδήρου
- α-Fe ή φερρίτης – κυβικό με κέντρο το σώμα
- γ-σίδερο ή ωστενίνη – με επίκεντρο κυβικό
- δ-σίδερο – κυβικό με κέντρο το σώμα
- ε-σίδερο ή εξάφερο – εξαγωνικό κλειστό συσκευασμένο
Αλλοτροπισμός εναντίον πολυμορφισμού
Ο αλλοτροπισμός αναφέρεται σε διαφορετικές μορφές καθαρών χημικών στοιχείων. Ο πολυμορφισμός αναφέρεται σε διαφορετικά σχήματα μορίων. Ο πολυμορφισμός συσκευασίας είναι όταν τα μόρια εμφανίζουν διαφορετικές κρυσταλλικές δομές. Ο διαμορφωτικός πολυμορφισμός αναφέρεται σε διαφορετικούς διαμορφωτές του ίδιου μορίου, συμπεριλαμβανομένου του ισομερισμού.
Ο πολυμορφισμός είναι κοινός σε δυαδικά οξείδια μετάλλων, όπως το CrO2 , Fe2 O3 και Al2 O3 . Οι διάφορες μορφές ονομάζονται φάσεις και συνήθως έχουν ελληνικά γράμματα για να τις διακρίνουν. Για παράδειγμα, CrO2 έχει μια τετραγωνική α φάση και μια ορθορομβική β φάση.
Ο πολυμορφισμός είναι κοινός στα φαρμακευτικά προϊόντα. Συχνά, η διαλυτότητα και η θεραπευτική αποτελεσματικότητα είναι πολύ διαφορετικές για τα πολύμορφα, επομένως η ρυθμιστική έγκριση τείνει να είναι για μία μόνο μορφή.
Δύο από τα αλλότροπα του οξυγόνου, για το O2 και O3 , ήταν από τους πρώτους που αναγνωρίστηκαν. Ο Ostwald θεώρησε ότι η αλλοτροπία είναι μια ειδική περίπτωση πολυμορφισμού. Όμως, οι περισσότεροι χημικοί αναφέρονται σε διαφορετικές μορφές στοιχείων ως αλλότροπα και σε διαφορετικές μορφές μορίων ως πολύμορφα. Τεχνικά, το μοριακό οξυγόνο (O2 ) και το όζον (O3 ) είναι και αλλότροπα και πολύμορφα.
Αναφορές
- IUPAC (1997). "Αλλότροπο". Σύνοψη Χημικής Ορολογίας (2η έκδ.) (το «Χρυσό Βιβλίο»). doi:10.1351/goldbook.A00243
- Jensen, W. B. (2006). «Η προέλευση του όρου αλλοτρόπη». J. Chem. Εκπαιδεύω . 83 (6):838–39. doi:10.1021/ed083p838
- Threlfall, T. (2003). «Δομικές και θερμοδυναμικές εξηγήσεις του κανόνα του Ostwald». Έρευνα και ανάπτυξη οργανικών διεργασιών . 7 (6):1017–1027. doi:10.1021/op030026l
