Tabla de Contenidos
同素体は、純粋な要素を見つけたり準備したりできるさまざまな安定した形のそれぞれです。つまり、同素体は、天然または合成のいずれかで、元素物質が発生するさまざまな形態です。同素体の一般的な例はグラファイトで、これは炭素元素を得ることができる形態の 1 つです。
炭素のもう 1 つの重要な同素体は、生命の基礎を形成する元素の非常に硬く透明な結晶形であるダイヤモンドです。合成 (人工的に合成された) 元素を除いて、周期表の各元素には少なくとも 1 つの同素体がありますが、通常は複数あります。これらの同素体の中には価値のないものもあれば、グラファイト炭素とダイヤモンド炭素の違いが示すように、非常に価値のあるものもあります。
同素体の特徴と性質
物理的特性
炭素の例は、同素体の非常に重要な側面を示しています。それは、同素体が根本的に反対の物理的および化学的特性および特性を持つことができるということです。
たとえば、カーボングラファイトは導電性材料であり、非常に柔らかく、常に交換される単結合と二重結合によって互いにリンクされた sp 2 混成を持つ炭素原子の層またはシートの形の構造を持っています。共振。
代わりに、ダイヤモンドは私たちが知っている最も硬い素材です。これは、各炭素原子が単共有結合によって他の 4 つの原子と同時に結合している三次元結晶格子によって形成されます。この特性により、ダイヤモンドは既知の最高の電気絶縁体の 1 つになっています (導体であるグラファイトとは対照的です)。
化学的特性
同素体はしばしば著しく異なる化学的性質を持っています。たとえば、リンはさまざまな同素体の形で見つけることができますが、その中で最も一般的なのは白リン、赤リン、および黒リンです。白リンと赤リンは、四面体形状の同様のリン原子を持っています。しかし、白リンは非常に毒性が高く、空気中の酸素に触れるだけで自然発火する引火性の高い物質です。これにより、手榴弾などの特定の爆発物の信管として役立ちます。
代わりに、赤リンははるかに安定しています。空気に触れても発火することはありません。一方、黒リンは200℃以上の高圧下でしか生成しませんが、一度生成すると冷やすことができ、赤リンよりも安定しています。
物理的な状態
前のセクションで述べたリンの同素体の例はすべて、室温で固体です。ただし、同素体は他の凝集状態でも存在できます。たとえば、前述の 3 つの固体同位体 (および少なくともそれ以上) に加えて、リンは式 P 4 の気体同素体として存在することもあり、各頂点に 1 つのリンを持つ四面体構造を形成します。
結晶構造
最後に、同素体は結晶構造に基づいて互いに区別することもできます。炭素がどのように 2 つの非常に異なる種類の 3 次元構造を形成し、著しく異なる特性を生み出すかについては、すでに説明しました。これに加えて、一部の同素体は、明確に定義された結晶構造を持たない場合もあり、その場合、それらは非晶質同素体と言われます。
巨視的な観点から見ると、非晶質同素体は、高度に秩序化された内部構造を示唆するタイプのファセットまたは定義された構造が表面に観察されないため、簡単に認識できます。
しかし、微視的には、非晶質固体は、多くの場合、異なるサイズの多数の小さな結晶性固体の単なる混合物であり、局所的な結晶構造も異なります。
同素体の重要性
元素の同素体は、多くの観点から非常に重要になる可能性があります。一部の同素体は他よりも安定であるという事実により、それぞれの元素の輸送と取り扱いに適しています。一方、一部の同素体には、他の同素体にはない望ましい特性があります。
上記の例は、ダイヤモンドの硬度、グラファイトの導電率、およびカーボンナノチューブを構成する別の非常に重要な炭素の同素体の硬度と導電率の組み合わせです。
一方、ある同素体を別の同素体に変換することは、さまざまな元素の多くの産業用途に不可欠です。たとえば、シリコンはエレクトロニクス業界で最も重要な要素の 1 つです。すべての電子デバイスに電力を供給するすべてのマイクロチップとプロセッサの基礎を形成するのは半導体です。ただし、シリコンには、アモルファス シリコンと結晶シリコンの 2 つの同素体があります。
アモルファスシリコンは、低コストのソーラーパネルの製造において半導体として使用されますが、マイクロチップの製造には単結晶シリコンしか使用できません。つまり、すべての原子が完全に整列したシリコンの巨大な単結晶が必要です。各マイクロチップの回路の一部であるパターンを作成するために。
一般的な同素体の例
炭素の天然同素体:
カーボングラファイト
ダイヤモンドカーボン
グラフェン
単層カーボンナノチューブ
二層カーボンナノチューブ
多層カーボンナノチューブ
バックミンスターフラーレンや C 60などのフラーレン
酸素の天然同素体:
原子状酸素 (O)
ガス状または分子状の酸素 (O 2 )
オゾン ( O3 )
四酸素 (O 4 )
固体酸素 O 8
窒素の天然同素体:
ガス分子窒素 (N 2 )
立方体の固体窒素
六方固体窒素
ホウ素の天然同素体:
アモルファスホウ素（褐色粉末）
α-菱面体ホウ素
β-菱面体ホウ素
ボロγ岩塩
ボロフェン (グラフェンに似た構造ですが、炭素ではなくホウ素でできています)
参考文献
ボリーバル、G. (2019 年 7 月 10 日)。ホウ素：歴史、特性、構造、用途。ライフラー。https://www.lifeder.com/boro/
Chang、R.、およびGoldsby、K.（2013）。化学（第11版）。マグロウ ヒル インターアメリカーナ デ エスパーニャ SL
Educaplus.org。(nd)。要素のプロパティ。http://www.educaplus.org/elementos-quimicos/propiedades/alotropos.html
Flowers, G. (2021 年 6 月 11 日)。窒素の同素体は何ですか? The-Answer.com. https://la-respuesta.com/preguntas-comunes/cuales-son-las-formas-alotropicas-del-nitrogeno/
