Хімія вивчає властивості і будова простих речовин. У більшості своїй вони залишаються незмінними у будь-яких ситуаціях. Однак є ряд елементів, здатних змінювати свої властивості в різних своїх станах. Таке явище називається аллотропией. Знання про поведінку елементів, схильних до аллотропии, розширює розуміння устрою світу і поведінки в ньому речовин та елементів.

Визначення

Алотропія – це можливість елемента трансформуватися в інший. В деяких випадках навіть в два або три. Якщо перекладати назву терміна з грецької мови, то алотропія – це “інша властивість”. Тобто буквальний переклад розкриває сутність явища.

Види аллотропии

Алотропія, властива деяким речовинам, умовно поділяється на два види – за складом і будовою. У першому випадку різне число атомів у молекулі. У другому – будова кристалічної решітки.

У хімії алотропія – це зміна речовини незалежно від того, воно рідке, тверде або газоподібний. Єдине відступ від термінології з’являється у роботі з твердими речовинами, їх будова складніше, для їх трансформації використовується слово “поліморфізм”, в перекладі з грецького означає “різноманітний”.

Яким речовинам властива алотропія

Не всі речовини здатні перетворитися із складних в прості навіть під дією температур або інших впливів. Це може відбуватися лише з тими з них, у яких є здатність до утворення гомоцепні структур або добре окислюються. Саме тому алотропія речовин властива неметаллам. Хоча справедливості заради слід сказати, що є метали, здатні перетворюватися на прості елементи, але це, швидше, полуметаллы.

Приклади аллотропии

Для розуміння процесу існує ряд прикладів перетворення речовини, причому воно буває оборотним і необоротним. Тобто речовина може після впливу на нього температури або тиску повернутися до первісного стану. Але буває так, що воно залишається у видозміненому стані. Наприклад, ромбічна сірка – при нагріванні її до температури 95,5 градуси за Цельсієм вона перетворюється в моноклинную форму. При зниженні температури до 95,5 градуси настає зворотне перетворення – з моноклінної форми в ромбічну.

Інший приклад аллотропии – це зміна білого фосфору в чорний. В даному випадку для проведення перетворення потрібна температура 200 градусів за Цельсієм і тиск в 1,25 г Па. При впливі тих же температур і тиску на перетворений чорний фосфор він не зможе повернутися до первісного стану.

Як вже згадувалося, явище аллотропии властива і деяким металам. Але із-за складності їх структури переходи з одного в інший стан можуть чергуватися. Наприклад, в нормальних умовах біле олово є пластичним металом, але при нагріванні його при температурі 173 градуси за Цельсієм вона перебудовує свою кристалічну решітку до дуже крихкого стану, а при зниженні температури до 13 градусів кристалічна решітка приймає вигляд кубічної алмазоподобной і робить речовину порошкоподібною.

Модифікації неметалів

Самими яскравими і різноманітними фізичними властивостями аллотропии має вуглець. Він здатний перетворитися на найбільшу кількість аллотропних форм, причому з різними не тільки властивості, але і будовою кристалічної решітки. Взяти, наприклад, графіт і алмаз. Форми одного речовини, але з різними будівлями кристалічних решіток – графіт трохи щільніше порошку, а алмаз – найміцніше речовина на землі. І це вже не кажучи про вуглецевих нанотрубках, лонсдейлите, фуллерене, карбине та інших формах вуглецю.

Алотропія характерна для сірки. В нормальних умовах структура речовини моноклинная, а під впливом температур може перетворитися в пластичну і слідом за цим у ромбоподібну.

Фосфор здатний змінюватися 11 форм. Причому 3 з них – білий, чорний, червоний – навіть зустрічаються в природі, інші можна отримати штучним шляхом. Відрізняється одна форма речовини від іншої кількістю атомів в молекулі. Різними кольорами хімії представлений селен. Він буває чорний, чорний і червоний.

Дуже відома алотропія – це кисень. Він видозмінюється до озону під дією температури чи електричного струму. Відомий приклад природного впливу – блискавка. Під час розряду електричного поля кисень перетворюється в озон.

Модифікації полуметаллов

Бор – це напівметали, що зустрічається в природі в аморфної і кристалічної формі. Але у нього є ще 10 відомих науці форм.

Аморфною і кристалічною буває кремній. Сурма в чотирьох формах за своєю структурою представляється металом, і в трьох вона аморфна, аллотропная.

Як і у випадку з фосфором або селен, миш’як буває сірий або чорний, залежно від форми – полімер або неметалеві структура.

Модифікації металів

Самим широким спектром форм серед металів має залізо. У першому виді фериту, з характерною об’ємно-центрованої кубічної кристалічної гратами, залізо здатне існувати в температурних межах від 0 до 769 градусів за Цельсієм. Має властивості феромагнетиків.

Другий тип фериту існує при температурах в діапазоні 769-917 градусів за Цельсієм. Відрізняється об’ємно-центрованої кубічної кристалічної гратами. Магнетичні властивості проявляє як парамагнетик.

Третій тип заліза називається аустеніт, характерний гранецентрованої кубічної кристалічної гратами. Здатний існувати тільки при температурах від 917 до 1394 градусів за Цельсієм. Магнітних властивостей не має.

Четвертий тип заліза виникає при температурах понад 1397 градусів за Цельсієм. Магнітних властивостей не має, характерний об’ємно-центрованої кубічної кристалічної гратами.

Інший метал, що має кілька типів перетворення, – це олово. У аллотропной формі може існувати у вигляді порошку з кристалічною решіткою, подібної алмазній. Це так зване сіре олово. Є і більш звична форма металу біле олово. Воно зустрічається у вигляді пластичного металу срібного кольору. Третя форма характерна тугоплавкостью, так як має ромбічної кристалічною решіткою, називається вона гамма-оловом.

Висновок

Всі метали, полуметаллы і неметали різних аллотропних типів з характерним будовою кристалічних решіток, масою, кількістю і зарядом протонів і нейтронів можуть зустрічатися в природі в чистому, натуральному вигляді або виходять тільки в лабораторії. У звичайних умовах вони не зберігають своєї стабільності. Все це говорить про різноманіття хімічних елементів і перспективи відкриттів нових, досі невідомих науці форм і типів речовин. Такі дослідження ведуть до розвитку всіх галузей життєдіяльності людини.