Razlog raznolikosti organskih spojeva je sposobnost ugljikovih atoma da tvore različite lance i cikluse, povezujući se međusobno. To je fenomen izomerizma. A što je razlog raznolikosti jednostavnih anorganskih tvari? Ispada da se na ovo pitanje može odgovoriti razmatranjem što je alotropija. Upravo se s ovim prirodnim fenomenom u svijetu kemijskih elemenata povezuje postojanje raznih oblika jednostavnih spojeva.
Što je alotropija?
Na ovo pitanje možete odgovoriti ovako. Ovo je fenomen postojanja istog kemijskog elementa u obliku nekoliko jednostavnih tvari. Odnosno, ako u periodnom sustavu postoji 118 stanica, onda to ne znači da u prirodi postoji isti broj atoma. Svaki od elemenata (gotovo svi) ima jednu ili više varijanti, ili alotropskih modifikacija.
Kako se ove tvari razlikuju? Dva su glavna razloga za ovaj fenomen:
- različiti broj atoma u molekuli (alotropija sastava);
- nejednaka struktura kristalne rešetke (alotropija oblika).
Često se ovaj koncept povezuje s pojmom polimorfizam. Međutim, postoji razlika među njima. Što je alotropija? To su modifikacije kemijskog elementa u različite jednostavne tvari,bez obzira u kakvom se stanju materije nalazi. Dok je polimorfizam koncept primjenjiv samo na čvrste kristalne tvari.
Različite alotropske modifikacije spojeva obično se označavaju latiničnim slovima prije imena. Alfa se uvijek stavlja ispred oblika koji ima najnižu točku taljenja, vrelište. Daljnji abecedni i rastući pokazatelji, redom.
Unatoč činjenici da je kemijski element u osnovi jednostavnih tvari isti, svojstva modifikacija međusobno se značajno razlikuju, kako fizikalna tako i kemijska. Najlakši način za formiranje alotropnih oblika:
- nemetali (osim halogena i inertnih plinova);
- polumetali.
Alotropija metala je najmanje proučavana, jer oni nerado stvaraju takve modifikacije i to ne sve. Ukupno je danas poznato više od 400 različitih oblika jednostavnih tvari. Što je više oksidacijskih stanja karakterističnih za element, to je veći broj poznatih alotropskih modifikacija za njega.
Ugljične modifikacije
Alotropija ugljika je najčešći i upečatljivi primjer koji ilustrira fenomen koji se razmatra. Uostalom, upravo je ovaj element sposoban tvoriti nekoliko vrsta spojeva koji se razlikuju u strukturi kristalne rešetke. U isto vrijeme, nastale jednostavne tvari toliko su polarne u svojim svojstvima da se čovjek može samo iznenaditi odlukama prirode.
Dakle, alotropija ugljika uključuje sljedeće modifikacije.
- Koja je alotropija ugljika može se vidjeti u njegovom sljedećem obliku, koji se radikalno razlikuje od prethodnog. Ovo je grafit. Vrlo mekana tvar koja se lako može odlijepiti i ostaviti karakterističan trag na papiru. Stoga se koristi za proizvodnju olovke za jednostavne olovke. Struktura ovog oblika je šesterokutna slojevita. Veze između slojeva su slabe, lako se kidaju, gustoća tvari je niska. Grafit se koristi za proizvodnju sintetičkih dijamanata, kao čvrsto mazivo, za proizvodnju elektroda, kao punilo u plastici, a također i u nuklearnim reaktorima.
- Fulereni su još jedan dokaz da alotropija postoji. Kemija ovih spojeva slična je kemiji aromatskih ugljikovodika. Uostalom, njihovu strukturu predstavljaju konveksni zatvoreni poliedri, koji podsjećaju na nogometnu loptu. Fullereni se koriste u tehnologiji kao poluvodiči, za proizvodnju supravodljivih spojeva, kao fotootpornici i tako dalje.
- Lonsdaleite i cerafit su još dvije kristalne alotropske modifikacije ugljika. Otvoreni su relativno nedavno. Svojstva su vrlo slična dijamantu, u nedostatku nečistoća mogu biti čak i nekoliko puta tvrđi.
- Ugljen i čađa - amorfna alotropija tvari. Koristi se kao gorivo, maziva, filteri i tako dalje. Po sadržaju u prirodi, najčešća od svih modifikacija ugljika.
Dijamant
Najteža tvar poznata danas, ocijenjena s 10 na Mohsovoj ljestvici. kristalni oblikugljik, čija struktura ima oblik tetraedarskih formacija ispravno međusobno povezanih u mrežu.
Dijamant može vrlo dobro raspršiti svjetlost, što mu omogućuje da se koristi kao nakit (dijamanti). Zbog svoje izuzetne tvrdoće koristi se za rezanje i zavarivanje, bušenje, poliranje i brušenje. Do danas je uspostavljena proizvodnja umjetnih dijamanata koji se koriste u industriji.
Druge sorte
Postoji još nekoliko varijanti ovog elementa:
- nanotubes;
- nanopjene;
- astrolenes;
- nanovlakna;
- stakleni ugljik;
- graphenes;
- karabin;
- nanobuds.
Nepotvrđeni, ali sumnjivi oblici postojanja jednostavnih spojeva ugljika: kaoit, metalni ugljik i diugljik.
Alotropija kisika
Ovaj nemetal tvori dvije jednostavne tvari:
- plin kisik (u normalnim uvjetima), čija je formula O2;
- plinoviti ozon, čiji je empirijski odraz sastava O3.
Očito, glavni razlog za postojanje modifikacija ovdje je sastav molekule. Obični kisik je osnova života svih živih bića (osim anaerobnih bakterija). Aktivan je sudionik u razmjeni plinova, izvor energije za sve životne procese. U kemijskom smislu, to je oksidacijsko sredstvo, uz pomoć kojeg se provode mnoge reakcije.
Ozon nastaje u prirodi odnposebne laboratorijske instalacije - ozonizatori iz atmosferskog kisika pod utjecajem jakog pražnjenja električne energije. U prirodnim uvjetima, ovo je munja. U niskim difuznim koncentracijama ima ugodan miris svježine (nakon grmljavine uvijek se osjeća u zraku). Vrlo je jak oksidant, izbjeljivač, kemijski aktivan.
Promjene u fosforu
Alotropija kisika slična je onoj fosfora. Također ima oko 11 različitih modifikacija, koje se razlikuju po broju atoma u molekuli, a time i po kemijskoj vezi i svojstvima. Postoje tri stabilna oblika i ostali, koji se praktički ne nalaze u prirodi i propadaju.
- Bijeli fosfor. Njegova formula je R4. Tvar koja podsjeća na mekani parafin, bijele ili blago žućkaste boje. Lako se topi u otrovni plin.
- Crveni fosfor je pastozna masa neugodnog mirisa. Formula je R . Ovo je polimerna struktura.
- Crni fosfor je masna na dodir masa koja je crne boje i potpuno netopiva u vodi.
Modifikacije metala
Koja je alotropija metala, možete naučiti na primjeru željeza. Postoji kao:
- alfa-;
- beta;
- gamma-;
- sigma oblici.
Svaki se od prethodnog razlikuje po strukturi kristalne rešetke i, sukladno tome, svojstvima. Na primjer, alfa oblik je feromagnetičan, dok je beta oblik paramagnetičan.
Općenito, od svih poznatih metala, alotropske modifikacije čine samo 27 kemijskihstavke.
Alotropija kositra
Zanimljivo jer je alfa oblik sivi prah koji postoji samo na niskim temperaturama. Beta oblik je, s druge strane, metalan, srebrnobijel, mekan i savitljiv. Postoji na visokim temperaturama - do 161 oS. Jedan oblik se lako mijenja u drugi u prirodnim uvjetima ako postoji razlika u stupnju.
