Что такое аллотропия

изображение Что такое аллотропия

Аллотропия – что это?

Явление аллотропии подразумевает возможность создания из одного и того же элемента определенного количества различных веществ. Например, кислород и озон в своем составе содержат только лишь оксиген. Вопрос о том, как это вообще возможно, на протяжении длительного периода времени интересовал многих людей. На сегодняшний момент ученые легко могут объяснить все особенности этого процесса.

Определение понятия

Под аллотропией подразумевается существование нескольких простых веществ, в основе которых присутствует один и тот же единственный химический элемент. Впервые такое явление описал известный шведский химик и минеролог Йенс Берцелиус.

Аллотропия по своей сути имеет довольно много общего с кристаллическим полиморфизмом. В связи с этим у ученых на протяжении длительного периода времена существовали достаточно серьезные споры. Это связанно с тем, что часть специалистов считали, что аллотропия и кристаллический полиморфизм – это одно и то же явление.

В настоящее же время от этой теории большинство ученых отошло. Мировое научное сообщество пришло к выводу о том, что кристаллический полиморфизм может касаться только лишь твердых тел, тогда как аллотропия – газов и жидкостей.

Причины возникновения аллотропии

Далеко не все элементы способны образовывать несколько разных простых веществ. Такая способность напрямую зависит от структуры молекул. Чаще всего подобное явление наблюдается у элементов, которые имеют переменные окислительные степени. Это касается таких групп, как:

  • неметаллы;
  • полуметаллы;
  • благородные газы;
  • галогены.

Причины аллотропии могут быть нескольких типов. К наиболее вероятным из них ученые относят такие факторы, как:

  1. Различное количество атомов, необходимых для образования одной молекулы.
  2. Отличающийся порядок сопряжения атомов в одну молекулу.
  3. Параллели между спинами электронов.
  4. Разновидность кристаллической решетки.

Для того чтобы наглядно понять, каким образом может существовать явление аллотропии, необходимо рассмотреть несколько наиболее примечательных примеров, широко встречающихся в природе.

Кислород и озон

Аллотропия кислорода и озона – это вариант того, как различное количество атомов может существенно влиять не только на физические, но и на химические свойства простых веществ. Для того чтобы понять это, необходимо разобраться в особенностях каждого из этих газов:

  1. Кислород. Он не имеет вкуса и запаха. Масса этого газа в 1,5 раза легче массы озона. Кислород неплохо растворяется в воде. Чем ниже температура окружающей среды, тем быстрее происходит этот процесс. Используется данный газ для осуществления дыхания живыми организмами. Вследствие этого кислород считается жизненно важным химическим веществом для жизнедеятельности на планете.
  2. Озон. Это газообразное вещество имеет голубоватый цвет. Характерный запах озона легко можно почувствовать на улице после прошедшего дождя. В сравнении с кислородом этот газ более активный. Это связанно с тем, что при его распаде появляется молекула кислорода и один атом оксигена. Последний в свою очередь вступает в связь с другими атомами, образуя, таким образом, новые вещества.

Аллотропия оксигена была исследована из-за своего распространения одной из первых.

картинка Аллотропия кислорода

Алмаз и графит

Молекула углерода отличается тем, что она имеет постоянное количество атомов. При этом из последних могут образовываться самые разнообразные простые вещества. Это касается, к примеру, алмаза и графита. Их отличия заключаются в следующем:

  1. Алмаз. Это вещество признано учеными одним из наиболее твердых на Земле. Это связанно с тем, что атомы в нем имеют достаточно прочные ковалентные связи во всех направлениях кристаллической решетки. Таким образом, создается объемная система тетраэрдов.
  2. Графит. В этом веществе прочные связи в кристаллической решетке образовываются только лишь в горизонтальном направлении. Вследствие этого разломать стержень из графита вдоль очень сложно.

 Аллотропия алмаза и графита – один из примеров того, как из одного и того же химического элемента из-за разной кристаллической решетки образуются существенно отличающиеся друг от друга простые вещества.

Сера

Внутренняя структура молекул серы может быть различной. Вследствие этого происходит образование различных простых веществ, среди которых стоит выделить такие:

  1. Сера с ромбической структурой молекул. Она считается наиболее устойчивой. В ее состав входит 8 атомов, которые образовывают твердое вещество желтоватого оттенка. Оно неспособно растворяться в воде. К тому же, последняя его даже не смачивает. При этом показатели проводимости тепла и тока у такой серы находятся на низком уровне.
  2. Сера с моноклинной структурой. Ее атомы образовывают параллелепипеды со скошенными углами. Таким образом, создается вещество, похожее на иглу темно-желтого цвета.
  3. Сера с пластической структурой. Ее создают посредством расплавления других типов этого вещества и помещения их в воду. Таким образом, у них рушится структура, вследствие чего возникают полимерные цепи разной длины. Они в свою очередь создают резиноподобную пасту светло-коричневого оттенка.

Аллотропия серы – еще один пример влияния внутренней структуры молекул на создание разных по своим свойствам простых веществ.

картинка аллотропия серы

Фосфор

На сегодняшний момент известно около 11 видов фосфора. Это обусловлено аллотропией, причина которой связана с кристаллической решеткой молекул этого химического элемента. Для того чтобы изменить внутреннее строение, необходимо создать определенные условия.

К примеру, белый фосфор может быть выделен посредством испарения мочи. Такое вещество будет очень активным, вследствие чего при повышении температурных показателей окружающей среды до 40 градусов по Цельсию оно воспламенится из-за реакции с кислородом.

Для получения красного фосфора достаточно всего лишь увеличить давление и температуру в атмосфере двуокиси углерода. Это вещество отличается средней активностью. Вследствие этого оно не светится в темноте. При нагревании красный фосфор преобразовывается в пар. Это можно наблюдать при зажигании спичек.

Аллотропия – это образование нескольких отличающихся друг от друга веществ из одного и того же химического элемента. Наблюдать такое явление можно преимущественно у неметаллов. Его основные причины заключаются, как в разном количестве атомов, что образовывают молекулу, так и в изменениях кристаллической решетки.