Razlozi za raznolikost organskih jedinjenja je sposobnost atoma ugljenika da formiraju različite lance i cikluse, povezujući se jedni s drugima. To je fenomen izomerizma. A koji je razlog raznolikosti jednostavnih neorganskih supstanci? Ispada da se na ovo pitanje može odgovoriti razmatranjem šta je alotropija. Upravo s ovim prirodnim fenomenom u svijetu hemijskih elemenata povezuje se postojanje raznih oblika jednostavnih jedinjenja.
Šta je alotropija?
Na ovo pitanje možete odgovoriti ovako. Ovo je fenomen postojanja istog hemijskog elementa u obliku nekoliko jednostavnih supstanci. Odnosno, ako u periodnom sistemu ima 118 ćelija, onda to ne znači da u prirodi postoji isti broj atoma. Svaki od elemenata (skoro svi) ima jednu ili više varijanti, ili alotropskih modifikacija.
Kako se ove supstance razlikuju? Dva su glavna razloga za ovaj fenomen:
- različiti broj atoma u molekuli (alotropija sastava);
- nejednaka struktura kristalne rešetke (alotropija oblika).
Često se ovaj koncept povezuje sa terminom polimorfizam. Međutim, postoji razlika između njih. Šta je alotropija? To su modifikacije hemijskog elementa u različite jednostavne supstance,bez obzira u kom se stanju materije nalazi. Dok je polimorfizam koncept primjenjiv samo na čvrste kristalne supstance.
Različite alotropske modifikacije jedinjenja obično se označavaju latiničnim slovima ispred njihovog imena. Alfa se uvijek stavlja ispred forme koja ima najnižu tačku topljenja, tačku ključanja. Dalje po abecednom redu i povećanje indikatora, respektivno.
Uprkos činjenici da je hemijski element u osnovi jednostavnih supstanci isti, svojstva modifikacija se značajno razlikuju jedna od druge, kako fizičke tako i hemijske. Najlakši način za formiranje alotropnih oblika:
- nemetali (osim halogena i inertnih gasova);
- polumetali.
Alotropija metala je najmanje proučavana, jer oni nerado formiraju takve modifikacije i to ne sve. Danas je ukupno poznato više od 400 različitih oblika jednostavnih supstanci. Što je više oksidacijskih stanja karakterističnih za element, to je veći broj poznatih alotropskih modifikacija za njega.
Carbon modifikacije
Alotropija ugljika je najčešći i upečatljivi primjer koji ilustruje fenomen koji se razmatra. Uostalom, ovaj element je sposoban formirati nekoliko vrsta spojeva koji se razlikuju po strukturi kristalne rešetke. Istovremeno, nastale jednostavne supstance su toliko polarne u svojim svojstvima da se može samo iznenaditi odlukama prirode.
Dakle, alotropija ugljika uključuje sljedeće modifikacije.
- Šta je alotropija ugljika može se vidjeti u njegovom sljedećem obliku, koji se radikalno razlikuje od prethodnog. Ovo je grafit. Veoma mekana supstanca koja se lako može oljuštiti i ostaviti karakterističan trag na papiru. Stoga se koristi za proizvodnju olovke za jednostavne olovke. Struktura ovog oblika je heksagonalno slojevita. Veze između slojeva su slabe, lako se kidaju, gustina supstance je niska. Grafit se koristi za proizvodnju sintetičkih dijamanata, kao čvrsto mazivo, za proizvodnju elektroda, kao punilo u plastici, kao i u nuklearnim reaktorima.
- Fulereni su još jedan dokaz da alotropija postoji. Hemija ovih jedinjenja je slična hemiji aromatičnih ugljovodonika. Uostalom, njihova struktura je predstavljena konveksnim zatvorenim poliedrima, koji podsjećaju na fudbalsku loptu. Fulereni se koriste u tehnologiji kao poluprovodnici, za proizvodnju supravodljivih jedinjenja, kao fotootpornici i tako dalje.
- Lonsdaleite i cerafit su još dvije kristalne alotropske modifikacije ugljika. Otvoreni su relativno nedavno. Svojstva su vrlo slična dijamantu, u nedostatku nečistoća mogu biti i nekoliko puta tvrđi.
- Ugalj i čađ - amorfna alotropija supstanci. Koristi se kao gorivo, maziva, filteri i tako dalje. Po sadržaju u prirodi, najčešća od svih modifikacija ugljika.
Dijamant
Najtvrda supstanca poznata danas, ocijenjena sa 10 na Mohsovoj skali. kristalni oblikugljenik, čija struktura ima oblik tetraedarskih formacija ispravno međusobno povezanih u mrežu.
Dijamant je u stanju da veoma dobro raspršuje svetlost, što mu omogućava da se koristi kao nakit (dijamanti). Zbog svoje izuzetne tvrdoće koristi se za rezanje i zavarivanje, bušenje, poliranje i brušenje. Do danas je uspostavljena proizvodnja umjetnih dijamanata koji se koriste u industriji.
Druge sorte
Postoji još nekoliko varijanti ovog elementa:
- nanotubes;
- nanofoams;
- astrolenes;
- nanofibers;
- stakleni ugljik;
- graphenes;
- karabin;
- nanobuds.
Nepotvrđeni, ali sumnjivi oblici postojanja jednostavnih ugljičnih spojeva: haoit, metalni ugljik i dikarbon.
Alotropija kiseonika
Ovaj nemetal formira dvije jednostavne supstance:
- plin kiseonik (u normalnim uslovima), čija je formula O2;
- gasoviti ozon, čiji je empirijski odraz sastava O3.
Očigledno, glavni razlog za postojanje modifikacija ovdje je sastav molekula. Običan kiseonik je osnova života svih živih bića (s izuzetkom anaerobnih bakterija). Aktivan je učesnik u razmjeni gasova, izvor energije za sve životne procese. U hemijskom smislu, to je oksidaciono sredstvo, uz pomoć kojeg se odvijaju mnoge reakcije.
Ozon se formira u prirodi iliposebne laboratorijske instalacije - ozonizatori iz atmosferskog kisika pod utjecajem jakog pražnjenja električne energije. U prirodnim uslovima, ovo je munja. U niskim difuznim koncentracijama ima ugodan miris svježine (nakon grmljavine uvijek se osjeća u zraku). Veoma je jak oksidant, izbeljivač, hemijski aktivan.
Promjene u fosforu
Alotropija kiseonika je slična onoj fosfora. Takođe ima oko 11 različitih modifikacija, koje se razlikuju po broju atoma u molekuli, a time i po hemijskoj vezi i svojstvima. Postoje tri stabilna oblika i ostali koji se praktički ne nalaze u prirodi i propadaju.
- Beli fosfor. Njegova formula je R4. Supstanca koja podsjeća na mekani parafin, bijele ili blago žućkaste boje. Lako se topi u otrovni gas.
- Crveni fosfor je pastozna masa neprijatnog mirisa. Formula je R . Ovo je polimerna struktura.
- Crni fosfor je masna na dodir masa koja je crne boje i potpuno nerastvorljiva u vodi.
Modifikacije metala
Koja je alotropija metala, možete naučiti na primjeru željeza. Postoji kao:
- alpha-;
- beta;
- gamma-;
- sigma oblici.
Svaki se razlikuje od prethodnog po strukturi kristalne rešetke i, shodno tome, po svojstvima. Na primjer, alfa oblik je feromagnetičan, dok je beta oblik paramagnetičan.
Uglavnom, od svih poznatih metala, alotropske modifikacije čine samo 27 hemijskihstavke.
Alotropija kalaja
Zanimljivo jer je alfa oblik sivi prah koji postoji samo na niskim temperaturama. Beta oblik je, s druge strane, metal, srebrno bijel, mekan i savitljiv. Postoji na visokim temperaturama - do 161 oS. Jedan oblik se lako menja u drugi u prirodnim uslovima ako postoji razlika u stepenu.
