Mi az allotróp? Definíció és példák

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

Az allotróp a különböző stabil formák mindegyike, amelyben megtalálhatunk vagy előállíthatunk egy tiszta elemet . Vagyis az allotrópok azok a különböző formák, amelyekben az elemi anyagok természetes vagy szintetikus úton előfordulnak. Az allotróp általános példája a grafit, amely a szén elem egyik formája.

Két réteg grafén, egy szén allotróp
Grafit, a szén leggyakoribb allotrópja.

A szén másik fontos allotrópja a gyémánt, az élet alapját képező elem rendkívül kemény, átlátszó kristályos formája. A szintetikus (mesterségesen szintetizált) elemek kivételével a periódusos rendszer minden elemének van legalább egy allotrópja, bár általában több is van. Míg ezen allotrópok némelyike ​​értéktelen, mások rendkívül értékesek lehetnek, amint azt a grafitszén és a gyémántszén közötti különbség szemlélteti.

Az allotrópok jellemzői és tulajdonságai

fizikai tulajdonságok

A szén példája az allotrópok egy nagyon fontos aspektusát szemlélteti, mégpedig azt, hogy merőben ellentétes fizikai és kémiai jellemzőkkel és tulajdonságokkal rendelkezhetnek.

A szén-grafit például egy elektromosan vezető anyag, nagyon puha, szerkezete olyan szénatomok rétegei vagy lapjai, amelyek sp 2 hibridizációval kapcsolódnak egymáshoz egyszeres és kettős kötésekkel, amelyek folyamatosan cserélődnek . rezonancia.

Ehelyett a gyémánt az általunk ismert legkeményebb anyag. Egy háromdimenziós kristályrács alkotja, amelyben minden szénatom egyidejűleg négy másik atomhoz kapcsolódik egyetlen kovalens kötés révén. Ez a tulajdonság a gyémántot az egyik legjobb ismert elektromos szigetelővé teszi (szemben a grafittal, amely vezető).

Kémiai tulajdonságok

Az allotrópok gyakran jelentősen eltérő kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek. Például a foszfor különféle allotrópok formájában található, amelyek közül a fehér, a vörös és a fekete foszfor a leggyakoribb. A fehér és a vörös foszfor hasonló tetraéderes geometriájú foszforatomokkal rendelkezik. A fehér foszfor azonban rendkívül mérgező és nagyon gyúlékony, spontán meggyullad, ha érintkezik a levegő oxigénjével. Emiatt bizonyos robbanóanyagok, például kézigránátok biztosítékaként hasznos.

Ehelyett a vörös foszfor sokkal stabilabb. Levegővel érintkezhet anélkül, hogy tüzet okozna. Ezzel szemben a feketefoszfor csak magas nyomáson és 200 °C-nál magasabb hőmérsékleten képződik, de kialakulása után lehűthető, és még a vörösfoszfornál is stabilabb.

fizikai állapot

Az előző részben említett foszfor allotróp példái szobahőmérsékleten mind szilárdak. Az allotrópok azonban más aggregációs állapotokban is létezhetnek. Például az említett három szilárd izotóp mellett (és legalább ugyanennyien) a foszfor P 4 képletû gáznemű allotrópként is létezhet, amely tetraéderes szerkezetet alkot , mindegyik csúcson egy foszforral.

kristályos szerkezet

Végül az allotrópokat kristályszerkezetük alapján is meg lehet különböztetni egymástól. Már láttuk, hogy a szén két nagyon különböző típusú háromdimenziós struktúrát tud kialakítani, amelyek jelentősen eltérő tulajdonságokat eredményeznek. Ezen túlmenően előfordulhat, hogy egyes allotrópok nem rendelkeznek jól meghatározott kristályszerkezettel, ebben az esetben amorf allotrópoknak mondják őket.

Makroszkópiai szempontból az amorf allotrópokat könnyű felismerni, mert felületükön nem figyelhető meg olyan fazetta vagy meghatározott szerkezet, amely erősen rendezett belső szerkezetre utalna.

Mikroszkopikusan azonban az amorf szilárd anyagok gyakran egyszerűen nagyszámú, különböző méretű, kisméretű kristályos szilárd anyag keveréke, sőt különböző lokális kristályszerkezetűek is.

Az allotrópok jelentősége

Egy elem allotrópiája számos szempontból rendkívül fontossá válhat. Az a tény, hogy egyes allotrópok stabilabbak, mint mások, előnyösebbé teszi őket az adott elem szállításához és kezeléséhez. Másrészt egyes allotrópoknak vannak olyan kívánatos tulajdonságai, amelyekkel más allotrópok nem.

A fentiekre példa a gyémánt keménysége, a grafit vezetőképessége, valamint egy másik nagyon fontos szén-allotróp, a szén nanocsöveket alkotó szén keménységének és vezetőképességének kombinációja.

Másrészt az egyik allotróp átalakítása egy másikká alapvető fontosságú lehet a különböző elemek számos ipari alkalmazásához. Például a szilícium az egyik legfontosabb elem az elektronikai iparban. Ez a félvezető, amely az összes elektronikus eszközünket tápláló mikrochip és processzor alapját képezi. A szilícium azonban két allotróp formában is megtalálható: amorf szilíciumban és kristályos szilíciumban.

Az amorf szilíciumot félvezetőként használják az olcsó napelemek gyártásánál, míg a mikrochipek gyártásához csak monokristályos szilícium használható, vagyis egy óriási szilícium egykristályra van szükség, amelyben minden atom tökéletesen rendezett. hogy létrehozzák azokat a mintákat, amelyek az egyes mikrochipek áramköreinek részét képezik.

Példák gyakori allotrópokra

A szén természetes allotrópjai:

széngrafit

gyémánt szén

grafén

egyfalú szén nanocsövek

duplafalú szén nanocsövek

többfalú szén nanocsövek

Fullerének, például Buckminsterfulerén vagy C 60

Az oxigén természetes allotrópjai:

Atom oxigén (O)

Gáznemű vagy molekuláris oxigén (O 2 )

Ózon ( O3 )

Tetraoxigén (O 4 )

szilárd oxigén O 8

A nitrogén természetes allotrópjai:

Gáz-halmazállapotú molekuláris nitrogén (N 2 )

köbös szilárd nitrogén

hatszögletű szilárd nitrogén

A bór természetes allotrópjai:

Amorf bór (barna por)

α-romboéder bór

β-romboéder bór

bór-γ kősó

Borofének (a grafénhez hasonló szerkezetek, de szén helyett bórból készülnek)

Hivatkozások

Bolívar, G. (2019, július 10.). Bór: története, tulajdonságai, szerkezete, felhasználása . életfogytiglani büntetés. https://www.lifeder.com/boro/

Chang, R. és Goldsby, K. (2013). Kémia (11. kiadás). McGraw-Hill Interamericana de España SL

Educaplus.org. (n.d.). Elem tulajdonságai . http://www.educaplus.org/elementos-quimicos/propiedades/alotropos.html

Flowers, G. (2021, június 11.). Melyek a nitrogén allotróp formái? The-Answer.com. https://la-respuesta.com/preguntas-comunes/cuales-son-las-formas-alotropicas-del-nitrogeno/

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

Artículos relacionados