Tabla de Contenidos
Ένα αλλότροπο είναι καθεμία από τις διαφορετικές σταθερές μορφές στις οποίες μπορούμε να βρούμε ή να παρασκευάσουμε ένα καθαρό στοιχείο . Δηλαδή, τα αλλότροπα είναι οι διαφορετικές μορφές στις οποίες εμφανίζονται οι στοιχειώδεις ουσίες, είτε φυσικά είτε συνθετικά. Ένα συνηθισμένο παράδειγμα αλλοτρόπου είναι ο γραφίτης, ο οποίος είναι μία από τις μορφές με τις οποίες μπορεί να ληφθεί το στοιχείο άνθρακας.
Ένα άλλο σημαντικό αλλοτρόπο του άνθρακα είναι το διαμάντι, μια εξαιρετικά σκληρή, διαφανής κρυσταλλική μορφή του στοιχείου που αποτελεί τη βάση της ζωής. Με εξαίρεση τα συνθετικά (τεχνητά συντιθέμενα) στοιχεία, κάθε στοιχείο στον περιοδικό πίνακα έχει τουλάχιστον ένα αλλοτρόπιο, αν και συνήθως έχει πολλά. Ενώ ορισμένα από αυτά τα αλλότροπα μπορεί να είναι άχρηστα, άλλα μπορεί να είναι εξαιρετικά πολύτιμα, όπως φαίνεται από τη διαφορά μεταξύ άνθρακα γραφίτη και άνθρακα διαμαντιού.
Χαρακτηριστικά και ιδιότητες των αλλοτροπών
φυσικές ιδιότητες
Το παράδειγμα του άνθρακα απεικονίζει μια πολύ σημαντική πτυχή των αλλοτρόπων, που είναι ότι μπορούν να έχουν ριζικά αντίθετα φυσικά και χημικά χαρακτηριστικά και ιδιότητες.
Ο άνθρακας γραφίτης, για παράδειγμα, είναι ένα ηλεκτρικά αγώγιμο υλικό, είναι πολύ μαλακό, έχει δομή με τη μορφή στρωμάτων ή φύλλων ατόμων άνθρακα με υβριδισμό sp 2 που συνδέονται μεταξύ τους μέσω απλών και διπλών δεσμών που ανταλλάσσονται συνεχώς . αντήχηση.
Αντίθετα, το διαμάντι είναι το σκληρότερο υλικό που γνωρίζουμε. Σχηματίζεται από ένα τρισδιάστατο κρυσταλλικό πλέγμα στο οποίο κάθε άτομο άνθρακα συνδέεται ταυτόχρονα με τέσσερα άλλα άτομα μέσω απλών ομοιοπολικών δεσμών. Αυτό το χαρακτηριστικό καθιστά το διαμάντι έναν από τους καλύτερους γνωστούς ηλεκτρικούς μονωτές (σε αντίθεση με τον γραφίτη, που είναι αγωγός).
Χημικές ιδιότητες
Τα αλλότροπα έχουν επίσης συχνά σημαντικά διαφορετικές χημικές ιδιότητες. Για παράδειγμα, ο φώσφορος μπορεί να βρεθεί με τη μορφή διαφόρων αλλοτρόπων, μεταξύ των οποίων ο λευκός, ο κόκκινος και ο μαύρος φώσφορος είναι ο πιο κοινός. Ο λευκός και ο κόκκινος φώσφορος έχουν παρόμοια άτομα φωσφόρου με τετραεδρική γεωμετρία. Ωστόσο, ο λευκός φώσφορος είναι εξαιρετικά τοξικός και πολύ εύφλεκτος, αναφλέγεται αυθόρμητα μόνο όταν έρχεται σε επαφή με το οξυγόνο του αέρα. Αυτό το καθιστά χρήσιμο ως θρυαλλίδα σε ορισμένα εκρηκτικά όπως χειροβομβίδες.
Αντίθετα, ο κόκκινος φώσφορος είναι πολύ πιο σταθερός. Μπορεί να έρθει σε επαφή με τον αέρα χωρίς να προκαλέσει πυρκαγιά. Από την άλλη πλευρά, ο μαύρος φώσφορος σχηματίζεται μόνο σε συνθήκες υψηλής πίεσης και θερμοκρασίας άνω των 200 °C, αλλά μόλις σχηματιστεί μπορεί να ψυχθεί και είναι ακόμη πιο σταθερός από τον κόκκινο φώσφορο.
φυσική κατάσταση
Τα παραδείγματα των αλλοτροπών του φωσφόρου που αναφέρθηκαν στην προηγούμενη ενότητα είναι όλα στερεά σε θερμοκρασία δωματίου. Ωστόσο, αλλότροπα μπορεί να υπάρχουν και σε άλλες καταστάσεις συσσωμάτωσης. Για παράδειγμα, εκτός από τα τρία στερεά ισότοπα που αναφέρθηκαν (και τουλάχιστον άλλα τόσα), ο φώσφορος μπορεί επίσης να υπάρχει ως αέριο αλλότροπο του τύπου P4, σχηματίζοντας μια τετραεδρική δομή με έναν φώσφορο σε κάθε κορυφή.
κρυσταλλική δομή
Τέλος, τα αλλότροπα μπορούν επίσης να διαφοροποιηθούν μεταξύ τους με βάση την κρυσταλλική τους δομή. Έχουμε ήδη δει πώς ο άνθρακας μπορεί να σχηματίσει δύο πολύ διαφορετικά είδη τρισδιάστατων δομών που προκαλούν σημαντικά διαφορετικές ιδιότητες. Επιπλέον, ορισμένα αλλότροπα μπορεί επίσης να μην έχουν μια καλά καθορισμένη κρυσταλλική δομή, οπότε λέγεται ότι είναι άμορφα αλλότροπα.
Από μακροσκοπική άποψη, τα άμορφα αλλότροπα είναι εύκολο να αναγνωριστούν επειδή δεν παρατηρείται κανένας τύπος όψης ή καθορισμένης δομής στην επιφάνειά τους που να υποδηλώνει μια εξαιρετικά διατεταγμένη εσωτερική δομή.
Μικροσκοπικά, ωστόσο, τα άμορφα στερεά είναι συχνά απλώς ένα μείγμα μεγάλου αριθμού μικρών κρυσταλλικών στερεών διαφορετικών μεγεθών, ακόμη και διαφορετικών τοπικών κρυσταλλικών δομών.
Σημασία των αλλοτρόπων
Η αλλοτροπία ενός στοιχείου μπορεί να γίνει εξαιρετικά σημαντική από πολλές απόψεις. Το γεγονός ότι ορισμένα αλλότροπα είναι πιο σταθερά από άλλα τα καθιστά προτιμότερα για τη μεταφορά και το χειρισμό του αντίστοιχου στοιχείου. Από την άλλη πλευρά, ορισμένα αλλότροπα έχουν επιθυμητές ιδιότητες που άλλα αλλοτρόπα δεν έχουν.
Ένα παράδειγμα των παραπάνω είναι η σκληρότητα του διαμαντιού, η αγωγιμότητα του γραφίτη και ο συνδυασμός σκληρότητας και αγωγιμότητας ενός άλλου πολύ σημαντικού αλλότροπου άνθρακα, αυτού που συνθέτει τους νανοσωλήνες άνθρακα.
Από την άλλη πλευρά, ο μετασχηματισμός ενός αλλοτροπίου σε άλλο μπορεί να είναι απαραίτητος για πολλές βιομηχανικές εφαρμογές των διαφορετικών στοιχείων. Για παράδειγμα, το πυρίτιο είναι ένα από τα πιο σημαντικά στοιχεία στη βιομηχανία ηλεκτρονικών. Είναι ο ημιαγωγός που αποτελεί τη βάση όλων των μικροτσίπ και των επεξεργαστών που τροφοδοτούν όλες τις ηλεκτρονικές συσκευές μας. Ωστόσο, το πυρίτιο μπορεί να βρεθεί σε δύο αλλοτροπικές μορφές: άμορφο πυρίτιο και κρυσταλλικό πυρίτιο.
Το άμορφο πυρίτιο χρησιμοποιείται ως ημιαγωγός στην κατασκευή ηλιακών συλλεκτών χαμηλού κόστους, ενώ για την κατασκευή μικροτσίπ μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο μονοκρυσταλλικό πυρίτιο, δηλαδή χρειάζεται ένας γιγαντιαίος ενιαίος κρύσταλλος πυριτίου στον οποίο όλα τα άτομα είναι τέλεια ταξινομημένα σε προκειμένου να δημιουργηθούν τα μοτίβα που αποτελούν μέρος των κυκλωμάτων κάθε μικροτσίπ.
Παραδείγματα κοινών αλλοτρόπων
Φυσικά αλλοτρόπα του άνθρακα:
άνθρακας γραφίτης
άνθρακας διαμαντιού
γραφένιο
νανοσωλήνες άνθρακα μονού τοιχώματος
νανοσωλήνες άνθρακα διπλού τοιχώματος
νανοσωλήνες άνθρακα πολλαπλών τοιχωμάτων
Φουλερένια όπως το Buckminsterfulerene ή το C 60
Φυσικά αλλότροπα οξυγόνου:
Ατομικό οξυγόνο (Ο)
Αέριο ή μοριακό οξυγόνο (O 2 )
Όζον ( O3 )
Τετραοξυγόνο (O 4 )
στερεό οξυγόνο O 8
Φυσικά αλλότροπα αζώτου:
Αέριο μοριακό άζωτο (N 2 )
κυβικό στερεό άζωτο
εξαγωνικό στερεό άζωτο
Φυσικά αλλότροπα του βορίου:
Άμορφο βόριο (καφέ σκόνη)
α-ρομβοεδρικό βόριο
β-ρομβοεδρικό βόριο
βορο-γ ορυκτό αλάτι
Βοροφένια (δομές παρόμοιες με το γραφένιο αλλά από βόριο αντί για άνθρακα)
βιβλιογραφικές αναφορές
Bolívar, G. (2019, 10 Ιουλίου). Βόριο: ιστορία, ιδιότητες, δομή, χρήσεις . κατάδικος διά βίου. https://www.lifeder.com/boro/
Chang, R., & Goldsby, K. (2013). Χημεία (11η έκδ.). McGraw-Hill Interamericana de España SL
Educaplus.org. (ν.δ.). Ιδιότητες στοιχείων . http://www.educaplus.org/elementos-quimicos/propiedades/alotropos.html
Flowers, G. (2021, 11 Ιουνίου). Ποιες είναι οι αλλοτροπικές μορφές του αζώτου; The-Answer.com. https://la-respuesta.com/preguntas-comunes/cuales-son-las-formas-alotropicas-del-nitrogeno/
