Mikä on allotrooppi? Määritelmä ja esimerkit

Allotrooppi on jokainen eri stabiili muoto, jossa voimme löytää tai valmistaa puhtaan alkuaineen . Eli allotroopit ovat erilaisia ​​muotoja, joissa alkuaineaineita esiintyy joko luonnollisesti tai synteettisesti. Yleinen esimerkki allotroopista on grafiitti, joka on yksi muodoista, jossa alkuaine hiiltä voidaan saada.

Toinen tärkeä hiilen allotrooppi on timantti, elämän perustan muodostavan alkuaineen äärimmäisen kova, läpinäkyvä kiteinen muoto. Lukuun ottamatta synteettisiä (keinotekoisesti syntetisoituja) alkuaineita, jokaisella jaksollisen järjestelmän elementillä on vähintään yksi allotrooppi, vaikka sillä yleensä on useita. Vaikka jotkut näistä allotroopeista voivat olla arvottomia, toiset voivat olla erittäin arvokkaita, kuten grafiittihiilen ja timanttihiilen välinen ero osoittaa.

Allotrooppien ominaisuudet ja ominaisuudet

fyysiset ominaisuudet

Esimerkki hiilestä havainnollistaa hyvin tärkeää allotrooppien näkökohtaa, joka on se, että niillä voi olla radikaalisti päinvastaiset fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet ja ominaisuudet.

Esimerkiksi hiiligrafiitti on sähköä johtavaa materiaalia, se on erittäin pehmeää, sen rakenne on hiiliatomien kerrosten tai levyjen muodossa, joissa sp 2 -hybridisaatio on yhdistetty toisiinsa yksinkertaisilla ja kaksoissidoksilla, jotka vaihtuvat ^jatkuvasti . resonanssi.

Sen sijaan timantti on kovin materiaali, jonka tiedämme. Se muodostuu kolmiulotteisesta kidehilasta, jossa jokainen hiiliatomi on samanaikaisesti kytketty neljään muuhun atomiin yksittäisten kovalenttisten sidosten avulla. Tämä ominaisuus tekee timantista yhden parhaista tunnetuista sähköeristeistä (toisin kuin grafiitti, joka on johdin).

Kemialliset ominaisuudet

Allotroopeilla on usein myös huomattavasti erilaisia ​​kemiallisia ominaisuuksia. Esimerkiksi fosforia löytyy erilaisten allotrooppien muodossa, joista yleisimpiä ovat valkoinen, punainen ja musta fosfori. Valkoisella ja punaisella fosforilla on samanlaiset fosforiatomit, joilla on tetraedrinen geometria. Valkoinen fosfori on kuitenkin erittäin myrkyllistä ja helposti syttyvää, ja se syttyy itsestään jo joutuessaan kosketuksiin ilman hapen kanssa. Tämä tekee siitä hyödyllisen sulakkeena tietyissä räjähteissä, kuten käsikranaateissa.

Sen sijaan punainen fosfori on paljon vakaampi. Se voi joutua kosketuksiin ilman kanssa aiheuttamatta tulipaloa. Toisaalta musta fosfori muodostuu vain korkeassa paineessa ja yli 200 °C:n lämpötilassa, mutta muodostuessaan se voi jäähtyä ja on vielä stabiilimpaa kuin punainen fosfori.

fyysinen tila

Edellisessä osassa mainitut esimerkit fosforin allotroopeista ovat kaikki kiinteitä huoneenlämpötilassa. Allotrooppeja voi kuitenkin esiintyä myös muissa aggregaatiotiloissa. Esimerkiksi kolmen mainitun kiinteän isotoopin (ja ainakin yhtä monen muun) lisäksi fosfori voi esiintyä myös kaasumaisena allotrooppina, jolla on kaava P 4 _muodostaen tetraedrisen rakenteen, jossa on yksi fosfori jokaisessa kärjessä.

kristallirakenne

Lopuksi allotroopit voidaan myös erottaa toisistaan ​​niiden kiderakenteen perusteella. Olemme jo nähneet, kuinka hiili voi muodostaa kaksi hyvin erilaista kolmiulotteista rakennetta, jotka saavat aikaan huomattavasti erilaisia ​​ominaisuuksia. Tämän lisäksi joillakin allotroopeilla ei myöskään välttämättä ole tarkkaan määriteltyä kiderakennetta, jolloin niiden sanotaan olevan amorfisia allotrooppeja.

Makroskooppisesta näkökulmasta katsottuna amorfiset allotroopit on helppo tunnistaa, koska niiden pinnalla ei havaita tyyppiä tai määriteltyä rakennetta, joka viittaa erittäin järjestyneeseen sisäiseen rakenteeseen.

Mikroskooppisesti amorfiset kiinteät aineet ovat kuitenkin usein yksinkertaisesti sekoitus suurta määrää erikokoisia pieniä kiteisiä aineita ja jopa erilaisia ​​paikallisia kiderakenteita.

Allotrooppien merkitys

Alkuaineen allotropia voi tulla erittäin tärkeäksi monesta näkökulmasta. Se, että jotkin allotroopit ovat stabiilimpia kuin toiset, tekee niistä edullisempia kuljetettaessa ja käsitellä vastaavaa elementtiä. Toisaalta joillakin allotroopeilla on toivottuja ominaisuuksia, joita muilla allotroopeilla ei ole.

Esimerkki yllä olevasta on timantin kovuus, grafiitin johtavuus ja toisen erittäin tärkeän hiilen allotroopin, hiilinanoputkien muodostavan, kovuuden ja johtavuuden yhdistelmä.

Toisaalta yhden allotroopin muuntaminen toiseksi voi olla välttämätöntä monille eri alkuaineiden teollisille sovelluksille. Esimerkiksi pii on yksi elektroniikkateollisuuden tärkeimmistä elementeistä. Se on puolijohde, joka muodostaa perustan kaikille mikrosiruille ja prosessoreille, jotka syöttävät kaikkia elektronisia laitteitamme. Piitä löytyy kuitenkin kahdessa allotrooppisessa muodossa: amorfisessa piissä ja kiteisessä piissä.

Amorfista piitä käytetään puolijohteena edullisien aurinkopaneelien valmistuksessa, kun taas mikrosirujen valmistuksessa voidaan käyttää vain yksikiteistä piitä, eli tarvitaan jättimäinen yksikiteinen piitä, jossa kaikki atomit ovat täydellisesti järjestyksessä. jotta voidaan luoda kuvioita, jotka ovat osa kunkin mikrosirun piirejä.

Esimerkkejä yleisistä allotroopeista

Hiilen luonnolliset allotroopit:

hiiligrafiitti

timanttihiili

grafeeni

yksiseinäisiä hiilinanoputkia

kaksiseinäisiä hiilinanoputkia

moniseinäisiä hiilinanoputkia

Fullereenit, kuten Buckminsterfulerene tai C ₆₀

Luonnolliset hapen allotroopit:

Atomihappi (O)

Kaasumainen tai molekyylihappi (O ₂ )

Otsoni ( _O3 )

Tetrahappi (O ₄ )

kiinteä happi O ₈

Typen luonnolliset allotroopit:

Kaasumainen molekyylityppi (N ₂ )

kuutio kiinteää typpeä

kuusikulmainen kiinteä typpi

Boorin luonnolliset allotroopit:

Amorfinen boori (ruskea jauhe)

α-romboedrinen boori

β-romboedrinen boori

boori-y-kivisuolaa

Borofeenit (grafeenin kaltaiset rakenteet, mutta ne on valmistettu boorista hiilen sijaan)

Viitteet

Bolívar, G. (2019, 10. heinäkuuta). Boori: historia, ominaisuudet, rakenne, käyttötarkoitukset . elinikäinen. https://www.lifeder.com/boro/

Chang, R. ja Goldsby, K. (2013). Kemia (11. painos). McGraw-Hill Interamericana de España SL

Educaplus.org. (n.d.). Elementin ominaisuudet . http://www.educaplus.org/elementos-quimicos/propiedades/alotropos.html

Flowers, G. (2021, 11. kesäkuuta). Mitkä ovat typen allotrooppiset muodot? The-Answer.com. https://la-respuesta.com/preguntas-comunes/cuales-son-las-formas-alotropicas-del-nitrogeno/