Какво е алотроп? Определение и примери

Artículo revisado y aprobado por nuestro equipo editorial, siguiendo los criterios de redacción y edición de YuBrain.

Алотроп е всяка от различните стабилни форми, в които можем да намерим или приготвим чист елемент . Тоест, алотропите са различните форми, в които се срещат елементарните вещества, естествено или синтетично. Често срещан пример за алотроп е графитът, който е една от формите, в които елементът въглерод може да бъде получен.

Два слоя графен, алотроп на въглерод
Графит, най-често срещаният алотроп на въглерода.

Друг важен алотроп на въглерода е диамантът, изключително твърда, прозрачна кристална форма на елемента, който формира основата на живота. С изключение на синтетичните (изкуствено синтезирани) елементи, всеки елемент в периодичната таблица има поне един алотроп, въпреки че обикновено има няколко. Докато някои от тези алотропи може да са безполезни, други може да са изключително ценни, както се вижда от разликата между графитен въглерод и диамантен въглерод.

Характеристики и свойства на алотропите

физични свойства

Примерът с въглерода илюстрира много важен аспект на алотропите, който е, че те могат да имат коренно противоположни физични и химични характеристики и свойства.

Въглеродният графит, например, е електропроводим материал, той е много мек, има структура под формата на слоеве или листове от въглеродни атоми с sp 2 хибридизация, свързани заедно посредством единични и двойни връзки, които се обменят постоянно . резонанс.

Вместо това диамантът е най-твърдият материал, който познаваме. Той се формира от триизмерна кристална решетка, в която всеки въглероден атом е свързан едновременно с четири други атома посредством единични ковалентни връзки. Тази характеристика прави диаманта един от най-добрите познати електрически изолатори (за разлика от графита, който е проводник).

Химични свойства

Алотропите често имат значително различни химични свойства. Например, фосфорът може да се намери под формата на различни алотропи, сред които белият, червеният и черният фосфор са най-често срещаните. Белият и червеният фосфор имат сходни фосфорни атоми с тетраедрична геометрия. Белият фосфор обаче е изключително токсичен и силно запалим, възпламеняващ се спонтанно само при контакт с кислорода във въздуха. Това го прави полезен като предпазител в определени експлозиви като ръчни гранати.

Вместо това червеният фосфор е много по-стабилен. Може да влезе в контакт с въздуха, без да причини пожар. От друга страна, черният фосфор се образува само при условия на високо налягане и температура над 200 °C, но веднъж образуван, той може да се охлади и е дори по-стабилен от червения фосфор.

физическо състояние

Примерите за алотропите на фосфора, споменати в предишния раздел, са твърди при стайна температура. Алотропите обаче могат да съществуват и в други състояния на агрегиране. Например, в допълнение към споменатите три твърди изотопа (и поне още толкова), фосфорът може също да съществува като газообразен алотроп с формула P 4 , образувайки тетраедрична структура с един фосфор във всеки връх.

кристална структура

И накрая, алотропите също могат да бъдат разграничени един от друг въз основа на тяхната кристална структура. Вече видяхме как въглеродът може да образува два много различни вида триизмерни структури, които пораждат значително различни свойства. В допълнение към това, някои алотропи може също да нямат добре дефинирана кристална структура, в който случай се казва, че са аморфни алотропи.

От макроскопска гледна точка, аморфните алотропи са лесни за разпознаване, тъй като на повърхността им не се наблюдава тип фасет или определена структура, която да предполага силно подредена вътрешна структура.

Микроскопски обаче аморфните твърди вещества често са просто смес от голям брой малки кристални твърди вещества с различни размери и дори различни локални кристални структури.

Значение на алотропите

Алотропията на даден елемент може да стане изключително важна от много гледни точки. Фактът, че някои алотропи са по-стабилни от други, ги прави предпочитани за транспортиране и обработка на съответния елемент. От друга страна, някои алотропи имат желани свойства, които други алотропи нямат.

Пример за горното е твърдостта на диаманта, проводимостта на графита и комбинацията от твърдост и проводимост на друг много важен алотроп на въглерода, този, който изгражда въглеродните нанотръби.

От друга страна, трансформирането на един алотроп в друг може да бъде от съществено значение за много индустриални приложения на различните елементи. Например, силицийът е един от най-важните елементи в електронната индустрия. Това е полупроводникът, който формира основата на всички микрочипове и процесори, които захранват всички наши електронни устройства. Силицият обаче може да се намери в две алотропни форми: аморфен силиций и кристален силиций.

Аморфният силиций се използва като полупроводник при производството на евтини слънчеви панели, докато за производството на микрочипове може да се използва само монокристален силиций, тоест необходим е гигантски монокристал от силиций, в който всички атоми са перфектно подредени за да се създадат моделите, които са част от веригите на всеки микрочип.

Примери за общи алотропи

Естествени алотропи на въглерода:

въглероден графит

диамантен въглерод

графен

едностенни въглеродни нанотръби

двустенни въглеродни нанотръби

многостенни въглеродни нанотръби

Фулерени като Buckminsterfulerene или C 60

Естествени алотропи на кислорода:

Атомен кислород (O)

Газообразен или молекулярен кислород (O 2 )

Озон ( O3 )

Тетракислород (O 4 )

твърд кислород O 8

Естествени алотропи на азота:

Газообразен молекулярен азот (N 2 )

кубичен твърд азот

хексагонален твърд азот

Естествени алотропи на бор:

Аморфен бор (кафяв прах)

α-ромбоедричен бор

β-ромбоедричен бор

боро-γ каменна сол

Борофени (структури, подобни на графена, но направени от бор вместо въглерод)

Препратки

Боливар, Г. (2019 г., 10 юли). Бор: история, свойства, структура, употреби . доживотен затворник. https://www.lifeder.com/boro/

Chang, R., & Goldsby, K. (2013). Химия (11-то издание). McGraw-Hill Interamericana de España SL

Educaplus.org. (n.d.). Свойства на елемента . http://www.educaplus.org/elementos-quimicos/propiedades/alotropos.html

Цветя, Г. (2021, 11 юни). Какви са алотропните форми на азота? The-Answer.com. https://la-respuesta.com/preguntas-comunes/cuales-son-las-formas-alotropicas-del-nitrogeno/

mm
Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

Artículos relacionados