Iz našeg članka naučit ćete što je alotropija. Ovaj koncept je raširen u prirodi. Na primjer, kisik i ozon su tvari koje se sastoje samo od kemijskog elementa kisika. Kako je ovo moguće? Idemo to shvatiti zajedno.
Definicija pojma
Alotropija je fenomen postojanja jednog kemijskog elementa u obliku dvije ili više jednostavnih supstanci. Jens Berzelius, kemičar i mineralog iz Švedske, smatra se njegovim otkrićem. Alotropija je fenomen koji ima mnogo zajedničkog s polimorfizmom kristala. To je izazvalo dugu raspravu među znanstvenicima. Trenutno su došli do zaključka da je polimorfizam karakterističan samo za čvrste jednostavne tvari.
Uzroci alotropije
Ne mogu svi kemijski elementi formirati nekoliko jednostavnih tvari. Sposobnost alotropije je posljedica strukture atoma. Najčešće se javlja u elementima koji imaju promjenjivu vrijednost oksidacijskog stanja. To uključuje polu- i nemetale, inertne plinove i halogene.
Alotropija može biti uzrokovana nekoliko razloga. To uključuje različit broj atoma, redoslijed njihove veze u molekulu, paralelizam okretanja elektrona, vrstukristalna rešetka. Razmotrimo ove vrste alotropije koristeći specifične primjere.
Kisik i ozon
Ova vrsta alotropije je primjer kako različit broj atoma jednog kemijskog elementa određuje fizička i kemijska svojstva tvari. To se također odnosi i na fiziološki utjecaj na žive organizme. Dakle, kisik se sastoji od dva atoma kisika, a ozon od tri.
Koja je razlika između ovih tvari? Oba su plinovita. Kisik nema boju, okus i miris, jedan i pol puta je lakši od ozona. Ova tvar je vrlo topiva u vodi, a s padom temperature brzina ovog procesa samo raste. Kisik je potreban svim organizmima za disanje. Stoga je ova tvar vitalna.
Ozon je plav. Svatko od nas osjetio je njegov karakterističan miris nakon kiše. Grubo je, ali prilično ugodno. U usporedbi s kisikom, ozon je reaktivniji. Koji je razlog? Kada se ozon razgradi, nastaju molekula kisika i slobodni atom kisika. Odmah ulazi u složene reakcije, stvarajući nove tvari.
Nevjerojatna svojstva ugljika
Ali broj atoma u molekuli ugljika uvijek ostaje isti. Istodobno, tvori potpuno različite tvari. Najčešće modifikacije ugljika su dijamant i grafit. Prva tvar se smatra najtežom na planeti. Ovo svojstvo je zbog činjenice da su atomi u dijamantu vezani jakim kovalentnim vezama u svim smjerovima. Zajedno tvore trodimenzionalnu mrežu tetraedara.
U grafitu, jake veze nastaju samo između atoma smještenih u horizontalnoj ravnini. Zbog toga je grafitnu šipku gotovo nemoguće slomiti po dužini. Ali veze koje međusobno povezuju horizontalne slojeve ugljika vrlo su slabe. Stoga, svaki put kada nacrtamo jednostavnu olovku na papiru, na njoj ostaje siva oznaka. Ovo je sloj ugljika.
Alotropija sumpora
Razlog modifikacije sumpora također leži u značajkama unutarnje strukture molekula. Najstabilniji oblik je rombičan. Kristali ove vrste alotropije sumpora nazivaju se romboidni. Svaku od njih čine molekule u obliku krune, od kojih svaka uključuje 8 atoma. Prema svojim fizičkim svojstvima, rombični sumpor je žuta krutina. Ne samo da se ne otapa u vodi, nego se njome niti ne vlaži. Toplinska i električna vodljivost su vrlo niske.
Struktura monoklinskog sumpora predstavljena je paralelepipedom s kosim kutovima. Vizualno, ova tvar podsjeća na tamnožute iglice. Ako se sumpor otopi i zatim stavi u hladnu vodu, nastaje njegova nova modifikacija. Njegova izvorna struktura će se razbiti na polimerne lance različitih duljina. Ovako se dobiva plastični sumpor - smeđa gumena masa.
Modifikacije fosfora
Znanstvenici imaju 11 vrsta fosfora. Njegova alotropija otkrivena je gotovo slučajno, kao i sama tvar. U potrazi za kamenom filozofa, alkemičar Brand dobio je svjetlosuha tvar koja nastaje isparavanjem urina. Bio je to bijeli fosfor. Ovu tvar karakterizira visoka kemijska aktivnost. Dovoljno je podići temperaturu na 40 stupnjeva da bijeli fosfor reagira s kisikom i zapali.
Za fosfor, uzrok alotropije je promjena u strukturi kristalne rešetke. Može se promijeniti samo pod određenim uvjetima. Dakle, povećanjem tlaka i temperature u atmosferi ugljičnog dioksida dobiva se crveni fosfor. Kemijski je manje aktivan, pa ga ne karakterizira luminiscencija. Kada se zagrije, pretvara se u paru. To vidimo svaki put kad palimo redovite šibice. Površina rešetke sadrži samo crveni fosfor.
Dakle, alotropija je postojanje jednog kemijskog elementa u obliku nekoliko jednostavnih supstanci. Najčešće se nalazi među nemetalima. Glavnim razlozima ove pojave smatra se različit broj atoma koji tvore molekulu tvari, kao i promjena konfiguracije kristalne rešetke.
