Co to jest alotrop? Definicja i przykłady

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


Alotrop to każda z różnych stabilnych form, w których możemy znaleźć lub przygotować czysty pierwiastek . Oznacza to, że alotropy to różne formy, w których występują substancje elementarne, naturalnie lub syntetycznie. Częstym przykładem alotropu jest grafit, który jest jedną z form, w jakich można otrzymać pierwiastek węgiel.

Dwie warstwy grafenu, odmiany alotropowej węgla
Grafit, najpowszechniejszy alotrop węgla.

Innym ważnym alotropem węgla jest diament, niezwykle twarda, przezroczysta krystaliczna forma pierwiastka stanowiącego podstawę życia. Z wyjątkiem pierwiastków syntetycznych (sztucznie syntetyzowanych), każdy pierwiastek w układzie okresowym ma co najmniej jeden alotrop, chociaż zwykle ma ich kilka. Podczas gdy niektóre z tych alotropów mogą być bezwartościowe, inne mogą być niezwykle cenne, co ilustruje różnica między węglem grafitowym a węglem diamentowym.

Charakterystyka i właściwości odmian alotropowych

właściwości fizyczne

Przykład węgla ilustruje bardzo ważny aspekt alotropów, a mianowicie to, że mogą one mieć radykalnie przeciwne właściwości fizyczne i chemiczne.

Na przykład grafit węglowy jest materiałem przewodzącym prąd elektryczny, jest bardzo miękki, ma strukturę w postaci warstw lub arkuszy atomów węgla z hybrydyzacją sp 2 połączonych ze sobą za pomocą pojedynczych i podwójnych wiązań, które są stale wymieniane . rezonans.

Zamiast tego diament jest najtwardszym materiałem, jaki znamy. Tworzy ją trójwymiarowa sieć krystaliczna, w której każdy atom węgla jest jednocześnie połączony z czterema innymi atomami za pomocą pojedynczych wiązań kowalencyjnych. Ta cecha sprawia, że ​​diament jest jednym z najlepszych znanych izolatorów elektrycznych (w przeciwieństwie do grafitu, który jest przewodnikiem).

Właściwości chemiczne

Alotropy często mają również wyraźnie różne właściwości chemiczne. Na przykład fosfor można znaleźć w postaci różnych odmian alotropowych, wśród których najbardziej rozpowszechniony jest fosfor biały, czerwony i czarny. Biały i czerwony fosfor mają podobne atomy fosforu o geometrii czworościennej. Jednak biały fosfor jest wyjątkowo toksyczny i wysoce łatwopalny, zapalając się samoistnie w kontakcie z tlenem w powietrzu. To czyni go użytecznym jako zapalnik w niektórych materiałach wybuchowych, takich jak granaty ręczne.

Zamiast tego czerwony fosfor jest znacznie bardziej stabilny. Może wejść w kontakt z powietrzem bez powodowania pożaru. Z drugiej strony czarny fosfor tworzy się tylko w warunkach wysokiego ciśnienia i temperatury powyżej 200°C, ale raz uformowany może być schładzany i jest jeszcze bardziej stabilny niż czerwony fosfor.

stan fizyczny

Wszystkie przykłady odmian alotropowych fosforu wymienione w poprzedniej sekcji są stałe w temperaturze pokojowej. Jednak odmiany alotropowe mogą również istnieć w innych stanach skupienia. Na przykład, oprócz trzech wspomnianych stałych izotopów (i przynajmniej tylu innych), fosfor może również występować jako gazowy alotrop o wzorze P4, tworzący strukturę czworościenną z jednym fosforem w każdym wierzchołku.

struktura krystaliczna

Wreszcie alotropy można również odróżnić od siebie na podstawie ich struktury krystalicznej. Widzieliśmy już, jak węgiel może tworzyć dwa bardzo różne rodzaje trójwymiarowych struktur, które dają wyraźnie różne właściwości. Oprócz tego niektóre alotropy mogą również nie mieć dobrze określonej struktury krystalicznej, w takim przypadku mówi się, że są alotropami amorficznymi.

Z makroskopowego punktu widzenia amorficzne alotropy są łatwe do rozpoznania, ponieważ na ich powierzchni nie obserwuje się żadnego rodzaju fasetki ani określonej struktury, która sugerowałaby wysoce uporządkowaną strukturę wewnętrzną.

Mikroskopowo jednak amorficzne ciała stałe są często po prostu mieszaniną dużej liczby małych krystalicznych ciał stałych o różnych rozmiarach, a nawet różnych lokalnych strukturach krystalicznych.

Znaczenie odmian alotropowych

Alotropia pierwiastka może stać się niezwykle ważna z wielu punktów widzenia. Fakt, że niektóre odmiany alotropowe są bardziej stabilne niż inne, sprawia, że ​​są one preferowane do transportu i przenoszenia danego pierwiastka. Z drugiej strony niektóre alotropy mają pożądane właściwości, których nie mają inne alotropy.

Przykładem powyższego jest twardość diamentu, przewodnictwo grafitu oraz połączenie twardości i przewodnictwa innego bardzo ważnego alotropu węgla, tego, który tworzy nanorurki węglowe.

Z drugiej strony przekształcenie jednego alotropu w inny może mieć zasadnicze znaczenie dla wielu przemysłowych zastosowań różnych pierwiastków. Na przykład krzem jest jednym z najważniejszych pierwiastków w przemyśle elektronicznym. To półprzewodnik stanowi podstawę wszystkich mikroczipów i procesorów, które zasilają wszystkie nasze urządzenia elektroniczne. Jednak krzem można znaleźć w dwóch formach alotropowych: krzem amorficzny i krzem krystaliczny.

Krzem amorficzny jest używany jako półprzewodnik do produkcji tanich paneli fotowoltaicznych, natomiast do produkcji mikroczipów można używać wyłącznie krzemu monokrystalicznego, czyli potrzebnego gigantycznego pojedynczego kryształu krzemu, w którym wszystkie atomy są idealnie uporządkowane w w celu stworzenia wzorów, które są częścią obwodów każdego mikroczipa.

Przykłady popularnych odmian alotropowych

Naturalne odmiany alotropowe węgla:

grafit węglowy

węgiel diamentowy

grafen

jednościenne nanorurki węglowe

dwuścienne nanorurki węglowe

wielościenne nanorurki węglowe

Fullereny, takie jak Buckminsterfulerene lub C 60

Naturalne alotropy tlenu:

Tlen atomowy (O)

Tlen gazowy lub cząsteczkowy (O 2 )

ozon ( O3 )

czterotlen (O 4 )

stały tlen O8

Naturalne odmiany alotropowe azotu:

Gazowy azot cząsteczkowy (N 2 )

stały azot sześcienny

sześciokątny stały azot

Naturalne odmiany alotropowe boru:

Bor amorficzny (brązowy proszek)

α-romboedryczny bor

β-romboedryczny bor

sól kamienna boro-γ

Borofeny (struktury podobne do grafenu, ale wykonane z boru zamiast węgla)

Bibliografia

Bolívar, G. (2019, 10 lipca). Bor: historia, właściwości, budowa, zastosowania . skazany na dożywocie. https://www.lifeder.com/boro/

Chang, R. i Goldsby, K. (2013). Chemia (wyd. 11). McGraw-Hill Interamericana de España SL

Educaplus.org. (nd). Właściwości elementu . http://www.educaplus.org/elementos-quimicos/propiedades/alotropos.html

Kwiaty, G. (2021, 11 czerwca). Jakie są odmiany alotropowe azotu? The-Answer.com. https://la-respuesta.com/preguntas-comunes/cuales-son-las-formas-alotropicas-del-nitrogeno/

-Reklama-

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

Artículos relacionados