Cikkünkből megtudhatja, mi az allotrópia. Ez a koncepció széles körben elterjedt a természetben. Például az oxigén és az ózon olyan anyagok, amelyek csak az oxigén kémiai elemből állnak. Hogyan lehetséges ez? Találjuk ki együtt.
A fogalom meghatározása
Az allotrópia egy kémiai elem létezésének jelensége két vagy több egyszerű anyag formájában. Felfedezőjének Jens Berzeliust, a svéd vegyészt és ásványkutatót tartják. Az allotrópia egy olyan jelenség, amelynek sok közös vonása van a kristálypolimorfizmussal. Ez hosszú vitát váltott ki a tudósok között. Jelenleg arra a következtetésre jutottak, hogy a polimorfizmus csak szilárd egyszerű anyagokra jellemző.
Az allotrópia okai
Nem minden kémiai elem alkothat több egyszerű anyagot. Az allotrópia képessége az atom szerkezetének köszönhető. Leggyakrabban olyan elemekben fordul elő, amelyek oxidációs állapotának változó értéke van. Ide tartoznak a fél- és nemfémek, az inert gázok és a halogének.
Az allotrópiának több oka is lehet. Ide tartozik az atomok eltérő száma, molekulává kapcsolódásuk sorrendje, az elektron spinek párhuzamossága, típusakristályrács. Tekintsük az ilyen típusú allotrópiákat konkrét példák segítségével.
Oxigén és ózon
Az allotrópia ezen típusa egy példa arra, hogy egy kémiai elem eltérő számú atomja határozza meg egy anyag fizikai és kémiai tulajdonságait. Ez vonatkozik az élő szervezetekre gyakorolt fiziológiai hatásra is. Tehát az oxigén két oxigénatomból, az ózon háromból áll.
Mi a különbség ezek között az anyagok között? Mindkettő gáznemű. Az oxigénnek nincs színe, íze, szaga, másfélszer könnyebb, mint az ózon. Ez az anyag jól oldódik vízben, és a hőmérséklet csökkenésével ennek a folyamatnak a sebessége csak nő. Oxigénre minden szervezetnek szüksége van a légzéshez. Ezért ez az anyag létfontosságú.
Az ózon kék. Mindannyian éreztük annak jellegzetes illatát az eső után. Durva, de nagyon kellemes. Az oxigénhez képest az ózon reaktívabb. Mi az ok? Az ózon lebomlása során oxigénmolekula és szabad oxigénatom képződik. Azonnal összetett reakciókba lép, új anyagokat képezve.
A szén elképesztő tulajdonságai
De a szénmolekulában lévő atomok száma mindig ugyanaz marad. Ugyanakkor teljesen más anyagokat képez. A szén leggyakoribb módosításai a gyémánt és a grafit. Az első anyagot tartják a legkeményebbnek a bolygón. Ez a tulajdonság annak köszönhető, hogy a gyémántban lévő atomokat minden irányban erős kovalens kötés köti össze. Együtt háromdimenziós tetraéderhálózatot alkotnak.
A grafitban erős kötések csak a vízszintes síkban elhelyezkedő atomok között jönnek létre. Emiatt szinte lehetetlen egy grafitrudat hosszában eltörni. A vízszintes szénrétegeket egymással összekötő kötések azonban nagyon gyengék. Ezért minden alkalommal, amikor egy egyszerű ceruzát rajzolunk a papírra, egy szürke jel marad rajta. Ez a szénréteg.
A kén allotrópiája
A kén módosulásának oka a molekulák belső szerkezetének sajátosságaiban is rejlik. A legstabilabb forma rombusz alakú. Az ilyen típusú kén-allotrópia kristályait rombusz alakúnak nevezik. Mindegyiket korona alakú molekulák alkotják, amelyek mindegyike 8 atomot tartalmaz. Fizikai tulajdonságai szerint a rombuszos kén sárga szilárd anyag. Nemhogy nem oldódik vízben, de még csak nem is nedvesíti. A hő- és elektromos vezetőképesség nagyon alacsony.
A monoklin kén szerkezetét egy ferde sarkú paralelepipedon ábrázolja. Vizuálisan ez az anyag sötétsárga tűkre emlékeztet. Ha a ként megolvasztjuk, majd hideg vízbe helyezzük, új módosulata keletkezik. Eredeti szerkezete különböző hosszúságú polimerláncokra bomlik. Így nyerjük a műanyag ként – barna gumiszerű masszát.
Foszformódosítások
A tudósok 11 típusú foszforral rendelkeznek. Allotrópiáját szinte véletlenül fedezték fel, akárcsak magát ezt az anyagot. A bölcsek kövét keresve az alkimista Brand fényt kapotta vizelet elpárolgásából származó száraz anyag. Fehér foszfor volt. Ezt az anyagot magas kémiai aktivitás jellemzi. Elég felemelni a hőmérsékletet 40 fokra, hogy a fehér foszfor reakcióba lépjen az oxigénnel és meggyulladjon.
A foszfor esetében az allotrópia oka a kristályrács szerkezetének megváltozása. Csak bizonyos feltételek mellett módosítható. Tehát a nyomás és a hőmérséklet növelésével a szén-dioxid légkörében vörös foszfort kapunk. Kémiailag kevésbé aktív, ezért nem jellemző rá a lumineszcencia. Melegítéskor gőzzé alakul. Ezt minden alkalommal látjuk, amikor rendes gyufát gyújtunk. A rács felülete éppen vörös foszfort tartalmaz.
Tehát az allotrópia egyetlen kémiai elem létezése több egyszerű anyag formájában. Leggyakrabban a nem fémek között található. Ennek a jelenségnek a fő okait az anyag molekuláját alkotó atomok eltérő számának, valamint a kristályrács konfigurációjának megváltozását tekintik.
