Meie artiklist saate teada, mis on allotroopia. See mõiste on looduses lai alt levinud. Näiteks hapnik ja osoon on ained, mis koosnevad ainult keemilisest elemendist hapnik. Kuidas on see võimalik? Mõtleme selle koos välja.
Mõtete määratlus
Allotroopia on ühe keemilise elemendi olemasolu kahe või enama lihtsa aine kujul. Selle avastajaks peetakse Rootsist pärit keemikut ja mineraloogi Jens Berzeliust. Allotroopia on nähtus, millel on palju ühist kristallide polümorfismiga. See põhjustas teadlaste seas pika arutelu. Praegu on nad jõudnud järeldusele, et polümorfism on iseloomulik ainult tahketele lihtainetele.
Allotroopia põhjused
Kõik keemilised elemendid ei saa moodustada mitut lihtsat ainet. Allotroopsuse võime tuleneb aatomi struktuurist. Kõige sagedamini esineb see elementides, millel on muutuv oksüdatsiooniastme väärtus. Nende hulka kuuluvad pool- ja mittemetallid, inertgaasid ja halogeenid.
Allotroopia võib põhjustada mitu põhjust. Nende hulka kuuluvad erinev arv aatomeid, nende molekuliks ühendamise järjekord, elektronide spinnide paralleelsus, tüüpkristallvõre. Vaatleme seda tüüpi allotroopiat konkreetsete näidete abil.
Hapnik ja osoon
Seda tüüpi allotroopia on näide sellest, kuidas ühe keemilise elemendi erinev aatomite arv määrab aine füüsikalised ja keemilised omadused. See kehtib ka füsioloogilise mõju kohta elusorganismidele. Niisiis koosneb hapnik kahest hapnikuaatomist ja osoon kolmest.
Mis vahe on neil ainetel? Mõlemad on gaasilised. Hapnikul pole värvi, maitset ega lõhna, see on poolteist korda kergem kui osoon. See aine lahustub vees hästi ja temperatuuri langedes selle protsessi kiirus ainult suureneb. Hingamiseks vajavad kõik organismid hapnikku. Seetõttu on see aine eluliselt tähtis.
Osoon on sinine. Igaüks meist tundis pärast vihma sellele iseloomulikku lõhna. See on karm, kuid üsna meeldiv. Võrreldes hapnikuga on osoon reaktiivsem. Mis on põhjus? Osooni lagunemisel moodustub hapniku molekul ja vaba hapnikuaatom. See läheb kohe liitreaktsioonidesse, moodustades uusi aineid.
Süsiniku hämmastavad omadused
Aga aatomite arv süsiniku molekulis jääb alati samaks. Samal ajal moodustab see täiesti erinevaid aineid. Kõige tavalisemad süsiniku modifikatsioonid on teemant ja grafiit. Esimest ainet peetakse planeedi kõige kõvemaks aineks. See omadus on tingitud asjaolust, et teemandis olevad aatomid on igas suunas seotud tugevate kovalentsete sidemetega. Koos moodustavad nad kolmemõõtmelise tetraeedrite võrgustiku.
Grafiidis tekivad tugevad sidemed ainult horisonta altasandil paiknevate aatomite vahel. Sel põhjusel on grafiitvarda pikisuunas murdmine peaaegu võimatu. Kuid sidemed, mis ühendavad horisontaalseid süsinikukihte üksteisega, on väga nõrgad. Seetõttu jääb iga kord, kui me lihtsat pliiatsit paberile joonistame, sellele hall märk. See on süsinikukiht.
Väävli allotroopia
Väävli modifitseerimise põhjus peitub ka molekulide sisestruktuuri eripärades. Kõige stabiilsem kuju on rombikujuline. Seda tüüpi väävli allotroopia kristalle nimetatakse romboidseks. Igaüks neist on moodustatud kroonikujulistest molekulidest, millest igaüks sisaldab 8 aatomit. Füüsikaliste omaduste järgi on rombjas väävel kollane tahke aine. See mitte ainult ei lahustu vees, vaid isegi ei niisuta seda. Soojus- ja elektrijuhtivus on väga madal.
Monokliinilise väävli struktuuri esindab kaldus nurkadega rööptahukas. Visuaalselt sarnaneb see aine tumekollaste nõeltega. Kui väävel sulatada ja seejärel külma vette panna, moodustub selle uus modifikatsioon. Selle esialgne struktuur laguneb erineva pikkusega polümeeriahelateks. Nii saadakse plastikust väävel – pruun kummine mass.
Fosfori modifikatsioonid
Teadlastel on 11 tüüpi fosforit. Selle allotroopia avastati peaaegu juhuslikult, nagu see aine ise. Tarkade kivi otsimisel sai alkeemik Brand helendavakuiv aine, mis tekib uriini aurustumisel. See oli valge fosfor. Seda ainet iseloomustab kõrge keemiline aktiivsus. Piisab temperatuuri tõstmisest 40 kraadini, et valge fosfor hapnikuga reageeriks ja süttiks.
Fosfori puhul on allotroopia põhjuseks kristallvõre struktuuri muutus. Seda saab muuta ainult teatud tingimustel. Seega, suurendades rõhku ja temperatuuri süsinikdioksiidi atmosfääris, saadakse punane fosfor. Keemiliselt on see vähem aktiivne, mistõttu seda ei iseloomusta luminestsents. Kuumutamisel muutub see auruks. Näeme seda iga kord, kui süütame tavalised tikud. Resti pind sisaldab lihts alt punast fosforit.
Niisiis, allotroopia on ühe keemilise elemendi olemasolu mitme lihtsa aine kujul. Kõige sagedamini leidub mittemetallide hulgas. Selle nähtuse peamisteks põhjusteks peetakse erinevat aatomite arvu, mis moodustavad aine molekuli, samuti kristallvõre konfiguratsiooni muutumist.
