Аллотропия - Allotropy


Из Википедии, свободной энциклопедии
Алмаз и графит два аллотропы углерода: чистые формы одного и того же элемента , которые отличаются в кристаллической структуре.

Аллотропия или аллотропия (от древнегреческого ἄλλος (аллосо) , что означает «другая» и τρόπος (тропность) , что означает «манера, форма») является свойство некоторых химических элементов , чтобы существовать в двух или более различных формах, в том же физическом состояние , известное как аллотропы элементов. Аллотропов различные структурные модификации элемента; что атомы этого элемента соединены друг с другом различным образом. Например, аллотропы углерода включают алмаз (атомы углерода соединены друг с другом в тетраэдрическом расположении решетки), графит (атомы углерода соединены друг с другом в листах гексагональной решетки ), графны (отдельные листы из графита) и фуллерены ( атомы углерода соединены друг с другом в сферических, трубчатых или эллипсоидальных образованиях). Термин аллотропия используются для элементов, а не для соединений . Более общий термин, используемый для любого кристаллического материала, является полиморфизм . Аллотропия относится только к различным формам элемента в пределах одной и той же фазе (то есть: твердое , жидкое или газ состояний); различия в одних только этих государствах не являются примерами аллотропии.

Для некоторых элементов, аллотропы имеют разные молекулярные формулы несмотря на разницу в фазе; например, два аллотропами кислорода ( дикислорода , O 2 и озона , O 3 ) может существовать как в твердом, жидком и газообразном состояниях. Другие элементы не поддерживают различные аллотропы в разных фазах; например, фосфор имеет многочисленные твердые аллотропы , все из которых возвращаются к одной и той же Р 4 формы при плавлении в жидком состоянии.

история

Концепция аллотропия первоначально была предложена в 1841 году шведским ученым Baron Берцелиус (1779-1848). Термин происходит от греческого, Современный άλλοτροπἱα (allotropia) , что означает «изменчивость, изменчивостью». После принятия гипотезы Авогадро в 1860 году было понятно , что элементы могут существовать в виде многоатомных молекул, и два аллотропами кислорода были признаны в качестве O 2 и O 3 . В начале 20 - го века, было признано , что другие случаи , таких как углероды были из - за различия в кристаллической структуре.

К 1912 году Оствальда отметил , что аллотропия элементов является лишь частным случаем явления полиморфизма , известным для соединений, и предложил , что термины аллотропа и Аллотропии быть оставлены и заменены полиморфом и полиморфизмом. Хотя многие другие химики повторили этот совет, IUPAC и большинство текстов химии по- прежнему выступают за использование аллотропа и Аллотропию только для элементов.

Различия в свойствах аллотропного Элемента в

Аллотропов различные структурные формы одного и того же элемента и могут проявлять совершенно разные физические свойства и химические модели поведения. Изменение между аллотропными формами вызываются теми же силами , которые влияют на другие структуры, т.е. давление , свет и температуру . Таким образом, устойчивость конкретных аллотропов зависит от конкретных условий. Например, железо переходит из объемно-центрированной кубической структуры (феррит) к гранецентрированной кубической структурой ( аустенита ) выше 906 ° C, и олова претерпевает модификацию , известную как олово вредителя из металлической формы в полупроводниковой форме ниже 13,2 ° C (55,8 ° F). В качестве примера аллотропов , имеющих различное химического поведение, озон (O 3 ) является гораздо более сильным , чем окислительным агентом молекулярного кислорода (O 2 ).

Список аллотропов

Как правило, элементы , способные переменного координационное числа и / или состояний окисления , как правило, демонстрируют большее число аллотропных форм. Другим фактором является способность элемента к сцеплять .

Примеры аллотропов включают:

Неметаллы

Элемент аллотропов
углерод
  • Алмаз - чрезвычайно твердый, прозрачный кристалл, с атомами углерода , расположенных в тетраэдрической решетке. Бедный электрический проводник. Отличный проводник тепла.
  • Лонсдейлит - также называется гексагональными алмазами.
  • Графен - это основной структурный элемент других аллотропных, нанотрубок, древесный уголь, и фуллеренов.
  • Q-углерод - ферромагнитная, жесткая, и блестящая кристаллическая структура , которая тяжелее и ярче , чем алмазы.
  • Графит - мягкий, черный, слоеный твердый, умеренный электрический проводник. Атомы С соединены в плоских гексагональных решетках ( графеновы ), которые затем слоистые в листах.
  • Карбин (Карбины)
  • Аморфный углерод
  • Фуллерены , в том числе бакминстерфуллерен , так называемые «фуллерены», такие как C 60 .
  • Углеродные нанотрубки - аллотропы углерода с цилиндрической наноструктура.
фосфор
кислород
сера
  • Сера имеет большое количество аллотропов, второй только к углероду
Селен
  • "Красный селен," цикло-Se 8
  • Серый селен, Se, полимерный
  • Черный селен, нерегулярные полимерные кольца до 1000 атомов длина
  • Моноклинный селен, темно-красные прозрачные кристаллы

Металлоиды

Элемент аллотропов
бор
  • Аморфный бор - коричневый порошок - B 12 регулярно икосаэдры
  • альфа-бора
  • бета-бора
  • гамма-ромбическая бора
  • альфа-тетрагональная бора
  • бета-тетрагональной бора
  • сверхпроводящая фаза высокого давления
кремний
мышьяк
  • Желтый мышьяк - молекулярная Неметаллические В 4 , с той же структурой , как белый phopshorus
  • Серый мышьяк, полимерные As (металлоид)
  • Черный мышьяк - молекулярный и неметаллический, с той же структурой, как красный фосфор
германий
  • альфа-германий - полуметаллический, с той же структурой, как алмаз
  • & beta; германий - металлический, с той же структурой, как бета-олово
  • Германен - ​​Buckled планарной Германий, подобно графена
сурьма
  • сине-белый сурьма - стабильная форма (металлоид), с той же структурой, как серый мышьяк
  • желтая сурьма (неметаллической)
  • черный сурьмы (неметаллической)
  • взрывоопасная сурьма
Теллур
  • аморфный теллур - серо-черный или коричневый порошок
  • кристаллический теллур - шестиугольная кристаллическая структура (металлоид)

металлы

Среди металлических элементов , которые встречаются в природе в значительных количествах (56 до U, без Tc и Pm), почти половина (27) аллотропная при давлении окружающей среды: Li, Be, Na, Ca, Ti, Mn, Fe, Co, Sr, Y, Zr, Sn, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Yb, Hf, Tl, Th, Pa и U. Некоторые фазовые переходы между аллотропных форм технологически соответствующих металлов являются те из Ti при 882 ° C, Fe при 912 ° C и 1394 ° C, Co при 422 ° C, Zr при 863 ° C, Sn при 13 ° C и U при 668 ° C и 776 ° C.

Элемент аллотропов
Банка
  • серое олово (альфа - олово, олово - вредитель )
  • белое олово (бета-олово)
  • ромбические олова (гамма-олово)
  • stanene
  • сигма-олово (формы при очень высоком давлении)
Железо
  • феррита (α-железо): ферромагнитного формы при Т <770 ° С ( точка Кюри , T C ); БЦК кристаллическая структура
  • β-железо : Т = 770 - 912 ° С; парамагнитного форма альфа-железа; такую же структуру , как & alpha ;
  • аустенита (γ-железа): 912 - +1394 ° С; FCC , кристаллическая структура
  • δ-железа: тысяча триста девяносто четыре - +1538 ° С; формы от охлаждения расплавленного чугуна; такую ​​же структуру, как & alpha;
  • ε-железа (называемый также hexaferrum): образует при высоких давлениях; НСР кристаллическая структура
кобальт
Полоний

Лантанидов и актинидов

Фазовая диаграмма актинидных элементов.

Nanoallotropes

В 2017 году, концепция nanoallotropy была предложена профессором Рафал Klajn из органической химии отдела Института Вейцмана . Nanoallotropes или аллотропы наноматериалов, являются нанопористыми материалами , которые имеют один и тот же химический состав (например, Au), но различается по своей архитектуре на наноуровне (то есть, по шкале от 10 до 100 раз размеров отдельных атомов). Такие nanoallotropes могут помочь создать ультра-малые электронные устройства и найти другие промышленные применения. Различные архитектуры наноразмерные перевести на различные свойства, как это было продемонстрировано на поверхности с повышенной комбинационного рассеяния , выполненного на нескольких различных nanoallotropes золота. Также был создан двухстадийный метод для генерации nanoallotropes.

Смотрите также

Заметки

Рекомендации

внешняя ссылка