No mūsu raksta jūs uzzināsit, kas ir allotropija. Šis jēdziens dabā ir plaši izplatīts. Piemēram, skābeklis un ozons ir vielas, kas sastāv tikai no ķīmiskā elementa skābekļa. Kā tas ir iespējams? Izdomāsim to kopā.
Jēdziena definīcija
Allotropija ir viena ķīmiskā elementa esamība divu vai vairāku vienkāršu vielu veidā. Par tās atklājēju tiek uzskatīts ķīmiķis un mineralogs Jenss Berzēliuss no Zviedrijas. Allotropija ir parādība, kurai ir daudz kopīga ar kristāla polimorfismu. Tas izraisīja ilgas diskusijas zinātnieku vidū. Šobrīd viņi ir nonākuši pie secinājuma, ka polimorfisms ir raksturīgs tikai cietām vienkāršām vielām.
Alotropijas cēloņi
Ne visi ķīmiskie elementi var veidot vairākas vienkāršas vielas. Alotropijas spēja ir saistīta ar atoma struktūru. Visbiežāk tas notiek elementos, kuriem ir mainīga oksidācijas stāvokļa vērtība. Tie ietver pusmetālus un nemetālus, inertas gāzes un halogēnus.
Allotropiju var izraisīt vairāki iemesli. Tie ietver atšķirīgu atomu skaitu, to savienojuma secību molekulā, elektronu spinu paralēlismu, veidukristāla režģis. Apskatīsim šos allotropijas veidus, izmantojot konkrētus piemērus.
Skābeklis un ozons
Šis alotropijas veids ir piemērs tam, kā dažāds viena ķīmiskā elementa atomu skaits nosaka vielas fizikālās un ķīmiskās īpašības. Tas attiecas arī uz fizioloģisko ietekmi uz dzīviem organismiem. Tātad skābeklis sastāv no diviem skābekļa atomiem, ozons - no trim.
Kāda ir atšķirība starp šīm vielām? Abi ir gāzveida. Skābeklim nav ne krāsas, ne garšas, ne smaržas, tas ir pusotru reizi vieglāks par ozonu. Šī viela labi šķīst ūdenī, un, pazeminoties temperatūrai, šī procesa ātrums tikai palielinās. Skābeklis ir nepieciešams visiem organismiem elpošanai. Tāpēc šī viela ir vitāli svarīga.
Ozons ir zils. Katrs no mums sajuta tai raksturīgo smaržu pēc lietus. Tas ir skarbi, bet diezgan patīkami. Salīdzinot ar skābekli, ozons ir reaktīvāks. Kāds ir iemesls? Ozonam sadaloties, veidojas skābekļa molekula un brīvais skābekļa atoms. Tas nekavējoties iesaistās saliktās reakcijās, veidojot jaunas vielas.
Apbrīnojamās oglekļa īpašības
Bet atomu skaits oglekļa molekulā vienmēr paliek nemainīgs. Tajā pašā laikā tas veido pilnīgi dažādas vielas. Visizplatītākās oglekļa modifikācijas ir dimants un grafīts. Pirmā viela tiek uzskatīta par cietāko uz planētas. Šī īpašība ir saistīta ar faktu, ka atomi dimantā ir saistīti ar stiprām kovalentām saitēm visos virzienos. Kopā tie veido trīsdimensiju tetraedru tīklu.
Grafītā spēcīgas saites veidojas tikai starp atomiem, kas atrodas horizontālā plaknē. Šī iemesla dēļ ir gandrīz neiespējami salauzt grafīta stieni gareniski. Bet saites, kas savieno horizontālos oglekļa slāņus savā starpā, ir ļoti vājas. Tāpēc katru reizi, kad uz papīra zīmējam vienkāršu zīmuli, uz tā paliek pelēka zīme. Šis ir oglekļa slānis.
Sēra alotropija
Sēra modifikācijas iemesls ir arī molekulu iekšējās struktūras īpatnībās. Visstabilākā forma ir rombveida. Šāda veida sēra allotropijas kristālus sauc par rombveida. Katru no tiem veido vainaga formas molekulas, no kurām katra ietver 8 atomus. Pēc fizikālajām īpašībām rombveida sērs ir dzeltena cieta viela. Tas ne tikai nešķīst ūdenī, bet pat netiek samitrināts. Siltuma un elektriskā vadītspēja ir ļoti zema.
Monoklīniskā sēra struktūru attēlo paralēlskaldnis ar slīpiem stūriem. Vizuāli šī viela atgādina tumši dzeltenas adatas. Ja sēru izkausē un pēc tam ievieto aukstā ūdenī, veidojas tā jaunā modifikācija. Tā sākotnējā struktūra sadalīsies līdz dažāda garuma polimēru ķēdēm. Tā iegūst plastmasas sēru - brūnu gumijas masu.
Fosfora modifikācijas
Zinātniekiem ir 11 fosfora veidi. Tā alotropija tika atklāta gandrīz nejauši, tāpat kā šī viela. Filozofa akmens meklējumos alķīmiķis Brends saņēma gaismeklisausa viela, kas rodas urīna iztvaikošanas rezultātā. Tas bija b altais fosfors. Šai vielai raksturīga augsta ķīmiskā aktivitāte. Pietiek pacelt temperatūru līdz 40 grādiem, lai b altais fosfors reaģētu ar skābekli un aizdegtos.
Fosforam alotropijas cēlonis ir kristāla režģa struktūras izmaiņas. To var mainīt tikai noteiktos apstākļos. Tātad, paaugstinot spiedienu un temperatūru oglekļa dioksīda atmosfērā, tiek iegūts sarkanais fosfors. Ķīmiski tas ir mazāk aktīvs, tāpēc tam nav raksturīga luminiscence. Sildot, tas pārvēršas tvaikā. Mēs to redzam katru reizi, kad aizdedzam regulārus sērkociņus. Režģa virsma satur tikai sarkano fosforu.
Tātad, allotropija ir viena ķīmiskā elementa esamība vairāku vienkāršu vielu veidā. Visbiežāk sastopams starp nemetāliem. Par galvenajiem šīs parādības iemesliem tiek uzskatīts atšķirīgs atomu skaits, kas veido vielas molekulu, kā arī kristāla režģa konfigurācijas izmaiņas.
