Van ons artikel leer je wat allotropie is. Dit concept is wijdverbreid in de natuur. Zuurstof en ozon zijn bijvoorbeeld stoffen die alleen uit het scheikundige element zuurstof bestaan. Hoe is dit mogelijk? Laten we er samen uitkomen.
Definitie van begrip
Allotropie is het fenomeen van het bestaan van één chemisch element in de vorm van twee of meer eenvoudige stoffen. Jens Berzelius, een chemicus en mineraloog uit Zweden, wordt beschouwd als de ontdekker ervan. Allotropie is een fenomeen dat veel gemeen heeft met kristalpolymorfisme. Dit veroorzaakte een lange discussie onder wetenschappers. Op dit moment zijn ze tot de conclusie gekomen dat polymorfisme alleen kenmerkend is voor vaste eenvoudige stoffen.
Oorzaken van allotropie
Niet alle chemische elementen kunnen verschillende eenvoudige stoffen vormen. Het vermogen tot allotropie is te wijten aan de structuur van het atoom. Meestal komt het voor in elementen met een variabele waarde van de oxidatietoestand. Deze omvatten semi- en niet-metalen, inerte gassen en halogenen.
Allotropie kan verschillende redenen hebben. Deze omvatten een ander aantal atomen, de volgorde van hun verbinding in een molecuul, het parallellisme van elektronenspins, het typekristal rooster. Laten we deze soorten allotropie eens bekijken aan de hand van specifieke voorbeelden.
Zuurstof en ozon
Dit type allotropie is een voorbeeld van hoe een verschillend aantal atomen van één chemisch element de fysische en chemische eigenschappen van een stof bepa alt. Dit geldt ook voor de fysiologische impact op levende organismen. Zuurstof bestaat dus uit twee zuurstofatomen, ozon - uit drie.
Wat is het verschil tussen deze stoffen? Beide zijn gasvormig. Zuurstof heeft geen kleur, smaak of geur, het is anderhalf keer lichter dan ozon. Deze stof is zeer goed oplosbaar in water en bij afnemende temperatuur neemt de snelheid van dit proces alleen maar toe. Zuurstof is nodig voor alle organismen voor de ademhaling. Daarom is deze stof van vitaal belang.
Ozon is blauw. Ieder van ons voelde zijn karakteristieke geur na de regen. Het is hard, maar best aangenaam. In vergelijking met zuurstof is ozon reactiever. Wat is de reden? Wanneer ozon ontleedt, worden een zuurstofmolecuul en een vrij zuurstofatoom gevormd. Het gaat onmiddellijk in samengestelde reacties aan en vormt nieuwe stoffen.
De verbazingwekkende eigenschappen van koolstof
Maar het aantal atomen in een koolstofmolecuul blijft altijd hetzelfde. Tegelijkertijd vormt het totaal verschillende stoffen. De meest voorkomende modificaties van koolstof zijn diamant en grafiet. De eerste stof wordt als de moeilijkste ter wereld beschouwd. Deze eigenschap is te danken aan het feit dat de atomen in diamant in alle richtingen gebonden zijn door sterke covalente bindingen. Samen vormen ze een driedimensionaal netwerk van tetraëders.
In grafiet worden alleen sterke bindingen gevormd tussen atomen die zich in een horizontaal vlak bevinden. Om deze reden is het bijna onmogelijk om een grafietstaaf in de lengte te breken. Maar de bindingen die de horizontale koolstoflagen met elkaar verbinden zijn erg zwak. Daarom blijft er elke keer dat we een eenvoudig potlood op papier tekenen, een grijze markering achter. Dit is de koolstoflaag.
Allotropie van zwavel
De reden voor de modificatie van zwavel ligt ook in de kenmerken van de interne structuur van de moleculen. De meest stabiele vorm is ruitvormig. Kristallen van dit type zwavelallotropie worden ruitvormig genoemd. Elk van hen wordt gevormd door kroonvormige moleculen, die elk 8 atomen bevatten. Volgens zijn fysieke eigenschappen is rhombische zwavel een gele vaste stof. Het lost niet alleen niet op in water, maar wordt er zelfs niet door bevochtigd. Warmte en elektrische geleidbaarheid zijn erg laag.
De structuur van monokliene zwavel wordt weergegeven door een parallellepipedum met schuine hoeken. Visueel lijkt deze stof op donkergele naalden. Als zwavel wordt gesmolten en vervolgens in koud water wordt geplaatst, wordt de nieuwe modificatie gevormd. De oorspronkelijke structuur zal uiteenvallen in polymeerketens van verschillende lengtes. Dit is hoe plastic zwavel wordt verkregen - een bruine rubberachtige massa.
Fosformodificaties
Wetenschappers hebben 11 soorten fosfor. De allotropie werd bijna per ongeluk ontdekt, net als deze stof zelf. Op zoek naar de steen der wijzen ontving de alchemist Brand een lichtgevendedroge stof als gevolg van de verdamping van urine. Het was witte fosfor. Deze stof wordt gekenmerkt door een hoge chemische activiteit. Het is voldoende om de temperatuur te verhogen tot 40 graden om witte fosfor te laten reageren met zuurstof en te laten ontbranden.
Voor fosfor is de oorzaak van allotropie een verandering in de structuur van het kristalrooster. Het kan alleen onder bepaalde voorwaarden worden gewijzigd. Dus door de druk en temperatuur in een atmosfeer van koolstofdioxide te verhogen, wordt rode fosfor verkregen. Chemisch gezien is het minder actief, dus het wordt niet gekenmerkt door luminescentie. Bij verhitting verandert het in stoom. We zien dit elke keer als we reguliere lucifers aansteken. Het roosteroppervlak bevat alleen rode fosfor.
Dus, allotropie is het bestaan van één chemisch element in de vorm van verschillende eenvoudige stoffen. Meestal gevonden onder niet-metalen. De belangrijkste redenen voor dit fenomeen worden beschouwd als een ander aantal atomen dat een molecuul van een stof vormt, evenals een verandering in de configuratie van het kristalrooster.
