Iš mūsų straipsnio sužinosite, kas yra allotropija. Ši sąvoka yra plačiai paplitusi gamtoje. Pavyzdžiui, deguonis ir ozonas yra medžiagos, susidedančios tik iš cheminio elemento deguonies. Kaip tai įmanoma? Išsiaiškinkime tai kartu.
Sąvokos apibrėžimas
Allotropija yra vieno cheminio elemento reiškinys dviejų ar daugiau paprastų medžiagų pavidalu. Jo atradėju laikomas chemikas ir mineralogas Jensas Berzelius iš Švedijos. Allotropija yra reiškinys, turintis daug bendro su kristalų polimorfizmu. Tai sukėlė ilgas diskusijas tarp mokslininkų. Šiuo metu jie priėjo prie išvados, kad polimorfizmas būdingas tik kietoms paprastoms medžiagoms.
Alotropijos priežastys
Ne visi cheminiai elementai gali sudaryti kelias paprastas medžiagas. Gebėjimą alotropizuoti lemia atomo struktūra. Dažniausiai tai atsiranda elementuose, kurių oksidacijos būsena yra kintama. Tai apima pusiau ir nemetalus, inertines dujas ir halogenus.
Allotropija gali atsirasti dėl kelių priežasčių. Tai apima skirtingą atomų skaičių, jų sujungimo į molekulę tvarką, elektronų sukinių lygiagretumą, tipąkristalinė gardelė. Panagrinėkime šiuos alotropijos tipus naudodami konkrečius pavyzdžius.
Deguonis ir ozonas
Šis alotropijos tipas yra pavyzdys, kaip skirtingas vieno cheminio elemento atomų skaičius lemia fizines ir chemines medžiagos savybes. Tai taip pat taikoma fiziologiniam poveikiui gyviems organizmams. Taigi, deguonis susideda iš dviejų deguonies atomų, ozonas – iš trijų.
Kuo skiriasi šios medžiagos? Abu yra dujiniai. Deguonis neturi spalvos, skonio ar kvapo, yra pusantro karto lengvesnis už ozoną. Ši medžiaga gerai tirpsta vandenyje, o mažėjant temperatūrai šio proceso greitis tik didėja. Deguonis reikalingas visiems organizmams kvėpuoti. Todėl ši medžiaga yra gyvybiškai svarbi.
Ozonas yra mėlynas. Kiekvienas iš mūsų pajutome jam būdingą kvapą po lietaus. Tai žiauru, bet gana malonu. Palyginti su deguonimi, ozonas yra reaktyvesnis. Kokia priežastis? Ozonui irstant susidaro deguonies molekulė ir laisvas deguonies atomas. Jis iš karto įsitraukia į sudėtines reakcijas, sudarydamas naujas medžiagas.
Nuostabios anglies savybės
Tačiau atomų skaičius anglies molekulėje visada išlieka toks pat. Tuo pačiu metu susidaro visiškai skirtingos medžiagos. Dažniausios anglies modifikacijos yra deimantas ir grafitas. Pirmoji medžiaga laikoma kiečiausia planetoje. Ši savybė atsiranda dėl to, kad deimante esantys atomai yra sujungti stipriais kovalentiniais ryšiais visomis kryptimis. Kartu jie sudaro trimatį tetraedrų tinklą.
Grafite stiprūs ryšiai susidaro tik tarp horizontalioje plokštumoje esančių atomų. Dėl šios priežasties grafito strypą perlaužti išilgai beveik neįmanoma. Tačiau ryšiai, jungiantys horizontalius anglies sluoksnius vienas su kitu, yra labai silpni. Todėl kiekvieną kartą, kai piešime paprastą pieštuką ant popieriaus, ant jo lieka pilka žymė. Tai yra anglies sluoksnis.
Sieros alotropija
Sieros modifikavimo priežastis taip pat slypi vidinės molekulių struktūros ypatybėse. Stabiliausia forma yra rombinė. Šio tipo sieros alotropijos kristalai vadinami rombiniais. Kiekvieną iš jų sudaro karūnos formos molekulės, kurių kiekvienoje yra 8 atomai. Pagal savo fizines savybes rombinė siera yra geltona kieta medžiaga. Jis ne tik netirpsta vandenyje, bet net jo nesudrėkina. Šilumos ir elektros laidumas yra labai žemas.
Monoklininės sieros struktūrą vaizduoja gretasienis su įstrižais kampais. Vizualiai ši medžiaga primena tamsiai geltonas adatas. Jei siera ištirpinama ir po to dedama į š altą vandenį, susidaro nauja jos modifikacija. Jo pradinė struktūra suskaidys į skirtingo ilgio polimerines grandines. Taip gaunama plastikinė siera – ruda guminė masė.
Fosforo modifikacijos
Mokslininkai turi 11 fosforo rūšių. Jo alotropija buvo atrasta beveik atsitiktinai, kaip ir pati ši medžiaga. Ieškodamas filosofinio akmens, alchemikas Brandas gavo šviesąsausa medžiaga, susidaranti išgaravus šlapimui. Tai buvo b altas fosforas. Ši medžiaga pasižymi dideliu cheminiu aktyvumu. Pakanka pakelti temperatūrą iki 40 laipsnių, kad b altas fosforas sureaguotų su deguonimi ir užsidegtų.
Fosforo alotropijos priežastis yra kristalinės gardelės struktūros pasikeitimas. Jį galima pakeisti tik esant tam tikroms sąlygoms. Taigi, padidinus slėgį ir temperatūrą anglies dioksido atmosferoje, gaunamas raudonasis fosforas. Chemiškai jis yra mažiau aktyvus, todėl nepasižymi liuminescencija. Kaitinamas jis virsta garais. Tai matome kiekvieną kartą, kai uždegame įprastas degtukus. Grotelių paviršiuje tiesiog yra raudonojo fosforo.
Taigi, alotropija yra vieno cheminio elemento egzistavimas kelių paprastų medžiagų pavidalu. Dažniausiai randama tarp nemetalų. Pagrindinėmis šio reiškinio priežastimis laikomas skirtingas atomų, sudarančių medžiagos molekulę, skaičius, taip pat kristalinės gardelės konfigūracijos pasikeitimas.
