อัญรูปคืออะไร? ความหมายและตัวอย่าง

allotrope คือรูปแบบที่เสถียรที่แตกต่างกันซึ่งเราสามารถค้นหาหรือเตรียมองค์ประกอบที่บริสุทธิ์ได้ นั่นคือ allotropes เป็นรูปแบบต่างๆ ที่ธาตุต่างๆ เกิดขึ้น ไม่ว่าจะโดยธรรมชาติหรือสังเคราะห์ขึ้น ตัวอย่างทั่วไปของ allotrope คือกราไฟต์ซึ่งเป็นหนึ่งในรูปแบบที่สามารถรับธาตุคาร์บอนได้

องค์ประกอบที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งของคาร์บอนคือเพชร ซึ่งเป็นองค์ประกอบรูปแบบผลึกใสที่แข็งมากและเป็นพื้นฐานของชีวิต ยกเว้นธาตุสังเคราะห์ (สังเคราะห์เทียม) แต่ละธาตุในตารางธาตุมีอย่างน้อยหนึ่งอัญรูป แม้ว่าโดยปกติจะมีหลายอัญรูปก็ตาม ในขณะที่ allotropes เหล่านี้บางส่วนอาจไม่มีค่า แต่บางส่วนอาจมีค่ามากดังที่แสดงโดยความแตกต่างระหว่างคาร์บอนกราไฟต์และคาร์บอนเพชร

ลักษณะและคุณสมบัติของ allotropes

คุณสมบัติทางกายภาพ

ตัวอย่างของคาร์บอนแสดงให้เห็นลักษณะที่สำคัญมากของ allotropes ซึ่งก็คือว่าพวกมันสามารถมีลักษณะและคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีที่ตรงกันข้ามอย่างสิ้นเชิง

ตัวอย่างเช่น คาร์บอนกราไฟต์เป็นวัสดุที่นำไฟฟ้าได้ มีความอ่อนมาก มีโครงสร้างเป็นชั้นหรือเป็นแผ่นของอะตอมของคาร์บอนที่มีการผสมแบบ sp 2 เชื่อมโยงเข้าด้วยกันด้วยพันธะเดี่ยวและพันธะคู่ที่มีการแลกเปลี่ยนตลอดเวลา^.ผ่าน เสียงก้อง.

เพชรเป็นวัสดุที่แข็งที่สุดที่เรารู้จัก มันถูกสร้างขึ้นโดยตาข่ายคริสตัลสามมิติซึ่งแต่ละอะตอมของคาร์บอนเชื่อมโยงกับอะตอมอื่น ๆ อีกสี่อะตอมพร้อม ๆ กันโดยใช้พันธะโควาเลนต์เดี่ยว คุณลักษณะนี้ทำให้เพชรเป็นหนึ่งในฉนวนไฟฟ้าที่ดีที่สุดที่รู้จักกัน (ตรงข้ามกับกราไฟต์ซึ่งเป็นตัวนำ)

คุณสมบัติทางเคมี

Allotropes มักจะมีคุณสมบัติทางเคมีที่แตกต่างกันอย่างชัดเจน ตัวอย่างเช่น ฟอสฟอรัสสามารถพบได้ในรูปของ allotropes หลายชนิด ซึ่งหมู่นี้พบฟอสฟอรัสสีขาว แดง และดำมากที่สุด ฟอสฟอรัสขาวและแดงมีอะตอมของฟอสฟอรัสคล้ายกับรูปทรงเรขาคณิตสี่หน้า อย่างไรก็ตาม ฟอสฟอรัสขาวเป็นพิษอย่างยิ่งและไวไฟสูง ติดไฟได้เองเมื่อสัมผัสกับออกซิเจนในอากาศ ทำให้มีประโยชน์ในการเป็นชนวนในวัตถุระเบิดบางชนิด เช่น ระเบิดมือ

แต่ฟอสฟอรัสแดงจะเสถียรกว่ามาก สามารถสัมผัสกับอากาศได้โดยไม่ก่อให้เกิดไฟไหม้ ในทางกลับกัน ฟอสฟอรัสดำก่อตัวขึ้นภายใต้สภาวะความดันสูงและอุณหภูมิมากกว่า 200 °C เท่านั้น แต่เมื่อก่อตัวขึ้นแล้ว ฟอสฟอรัสจะเย็นลงได้และมีความเสถียรมากกว่าฟอสฟอรัสแดง

สภาพร่างกาย

ตัวอย่างของ allotropes ของฟอสฟอรัสที่กล่าวถึงในส่วนก่อนหน้านี้ล้วนเป็นของแข็งที่อุณหภูมิห้อง อย่างไรก็ตาม allotropes สามารถมีอยู่ในสถานะการรวมอื่นๆ ได้เช่นกัน ตัวอย่างเช่น นอกเหนือไปจากไอโซโทปของแข็งสามชนิดที่กล่าวถึง (และอย่างน้อยอื่นๆ อีกมาก) ฟอสฟอรัสยังสามารถมีอยู่ในรูปของธาตุที่เป็นก๊าซตามสูตร P 4 โดยก่อรูปเป็นโครงสร้าง tetrahedral โดยมีฟอสฟอรัสหนึ่งตัวที่จุดยอด_{แต่ละ}จุด

โครงสร้างผลึก

ในที่สุด allotropes ยังสามารถแยกความแตกต่างจากโครงสร้างผลึกของพวกมันได้อีกด้วย เราได้เห็นแล้วว่าคาร์บอนสามารถก่อตัวเป็นโครงสร้างสามมิติสองชนิดที่แตกต่างกันมากได้อย่างไร ซึ่งก่อให้เกิดคุณสมบัติที่แตกต่างกันอย่างชัดเจน นอกจากนี้ allotropes บางชนิดอาจไม่มีโครงสร้างผลึกที่ชัดเจน ซึ่งในกรณีนี้เรียกว่า allotropes อสัณฐาน

จากมุมมองที่มองด้วยตาเปล่า การแบ่งอัณตวิทยาแบบอสัณฐานนั้นง่ายต่อการจดจำเนื่องจากไม่มีการสังเกตชนิดของด้านหรือโครงสร้างที่กำหนดไว้บนพื้นผิวของพวกมันซึ่งบ่งบอกถึงโครงสร้างภายในที่มีลำดับสูง

อย่างไรก็ตาม ในกล้องจุลทรรศน์ ของแข็งอสัณฐานมักเป็นเพียงส่วนผสมของของแข็งผลึกขนาดเล็กจำนวนมากที่มีขนาดต่างกัน และแม้แต่โครงสร้างผลึกเฉพาะที่ต่างกัน

ความสำคัญของ allotropes

การจัดสรรองค์ประกอบอาจมีความสำคัญอย่างยิ่งจากหลายมุมมอง ความจริงที่ว่า allotropes บางตัวมีความเสถียรมากกว่าตัวอื่น ๆ ทำให้พวกมันดีกว่าสำหรับการขนส่งและการจัดการองค์ประกอบที่เกี่ยวข้อง ในทางกลับกัน allotropes บางตัวมีคุณสมบัติที่ต้องการซึ่ง allotropes อื่นไม่มี

ตัวอย่างข้างต้นคือความแข็งของเพชร การนำไฟฟ้าของกราไฟต์ และการรวมกันของความแข็งและการนำไฟฟ้าของอัญรูปของคาร์บอนที่สำคัญมากอีกชนิดหนึ่ง ซึ่งเป็นส่วนประกอบของท่อนาโนคาร์บอน

ในทางกลับกัน การเปลี่ยน allotrope หนึ่งไปเป็นอีก allotrope อาจจำเป็นสำหรับการใช้งานทางอุตสาหกรรมจำนวนมากขององค์ประกอบต่างๆ ตัวอย่างเช่น ซิลิคอนเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ เป็นสารกึ่งตัวนำที่เป็นพื้นฐานของไมโครชิปและโปรเซสเซอร์ทั้งหมดที่จ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดของเรา อย่างไรก็ตาม ซิลิกอนสามารถพบได้ในสองรูปแบบ allotropic: ซิลิคอนอสัณฐานและซิลิกอนที่เป็นผลึก

อะมอร์ฟัสซิลิกอนถูกใช้เป็นสารกึ่งตัวนำในการผลิตแผงโซลาร์เซลล์ต้นทุนต่ำ ในขณะที่สำหรับการผลิตไมโครชิปนั้นสามารถใช้ได้เฉพาะโมโนคริสตัลไลน์ซิลิคอนเท่านั้น นั่นคือจำเป็นต้องใช้ผลึกเดี่ยวขนาดยักษ์ของซิลิกอน ซึ่งอะตอมทั้งหมดจะถูกจัดลำดับอย่างสมบูรณ์ใน เพื่อสร้างรูปแบบที่เป็นส่วนหนึ่งของวงจรของไมโครชิปแต่ละตัว

ตัวอย่างของ allotropes ทั่วไป

การจัดสรรคาร์บอนตามธรรมชาติ:

คาร์บอนกราไฟท์

เพชรคาร์บอน

กราฟีน

ท่อนาโนคาร์บอนผนังชั้นเดียว

ท่อนาโนคาร์บอนแบบผนังสองชั้น

ท่อนาโนคาร์บอนที่มีผนังหลายชั้น

Fullerenes เช่น Buckminsterfulerene หรือ C ₆₀

การจัดสรรออกซิเจนตามธรรมชาติ:

อะตอมออกซิเจน (O)

ออกซิเจนที่เป็นก๊าซหรือโมเลกุล (O ₂ )

โอโซน ( _O3 )

เตตระออกซิเจน (O ₄ )

ออกซิเจนที่เป็นของแข็ง O ₈

การจัดสรรไนโตรเจนตามธรรมชาติ:

ก๊าซไนโตรเจนระดับโมเลกุล (N ₂ )

ไนโตรเจนแข็งลูกบาศก์

ไนโตรเจนแข็งหกเหลี่ยม

allotropes ธรรมชาติของโบรอน:

โบรอนอสัณฐาน (ผงสีน้ำตาล)

α-rhombohedral โบรอน

โบรอน β-rhombohedral

เกลือหินโบโร-γ

โบโรฟีน (โครงสร้างคล้ายกราฟีน แต่ทำจากโบรอนแทนคาร์บอน)

อ้างอิง

Bolívar, G. (2019, 10 กรกฎาคม). โบรอน: ประวัติ คุณสมบัติ โครงสร้าง การใช้ประโยชน์ . ชีวิต https://www.lifeder.com/boro/

Chang, R., & Goldsby, K. (2013). เคมี (ฉบับที่ 11) McGraw-Hill Interamericana de España SL

Educaplus.org. (น.ป.). คุณสมบัติขององค์ประกอบ http://www.educaplus.org/elementos-quimicos/propiedades/alotropos.html

ดอกไม้, G. (2021, 11 มิถุนายน). ไนโตรเจนในรูปแบบ allotropic คืออะไร? The-Answer.คอม. https://la-respuesta.com/preguntas-comunes/cuales-son-las-formas-alotropicas-del-nitrogeno/