Dal nostro articolo imparerai cos'è l'allotropia. Questo concetto è diffuso in natura. Ad esempio, ossigeno e ozono sono sostanze costituite solo dall'elemento chimico ossigeno. Com'è possibile? Scopriamolo insieme.
Definizione del concetto
L'allotropia è il fenomeno dell'esistenza di un elemento chimico sotto forma di due o più sostanze semplici. Jens Berzelius, chimico e mineralogista svedese, è considerato il suo scopritore. L'allotropia è un fenomeno che ha molto in comune con il polimorfismo cristallino. Ciò ha causato un lungo dibattito tra gli scienziati. Al momento, sono giunti alla conclusione che il polimorfismo è caratteristico solo per le sostanze solide semplici.
Cause dell'allotropia
Non tutti gli elementi chimici possono formare diverse sostanze semplici. La capacità di allotropia è dovuta alla struttura dell'atomo. Molto spesso, si verifica in elementi che hanno un valore variabile dello stato di ossidazione. Questi includono semi e non metalli, gas inerti e alogeni.
L'allotropia può essere dovuta a diversi motivi. Questi includono un diverso numero di atomi, l'ordine della loro connessione in una molecola, il parallelismo degli spin degli elettroni, il tiporeticolo cristallino. Consideriamo questi tipi di allotropia usando esempi specifici.
Ossigeno e ozono
Questo tipo di allotropia è un esempio di come un diverso numero di atomi di un elemento chimico determini le proprietà fisiche e chimiche di una sostanza. Ciò vale anche per l'impatto fisiologico sugli organismi viventi. Quindi, l'ossigeno consiste di due atomi di ossigeno, l'ozono - di tre.
Qual è la differenza tra queste sostanze? Entrambi sono gassosi. L'ossigeno non ha colore, sapore o odore, è una volta e mezza più leggero dell'ozono. Questa sostanza è altamente solubile in acqua e, al diminuire della temperatura, la velocità di questo processo aumenta solo. L'ossigeno è necessario a tutti gli organismi per la respirazione. Pertanto, questa sostanza è vitale.
L'ozono è blu. Ognuno di noi ha sentito il suo caratteristico odore dopo la pioggia. È duro, ma abbastanza piacevole. Rispetto all'ossigeno, l'ozono è più reattivo. Qual è il motivo? Quando l'ozono si decompone, si formano una molecola di ossigeno e un atomo di ossigeno libero. Entra immediatamente in reazioni composte, formando nuove sostanze.
Le incredibili proprietà del carbonio
Ma il numero di atomi in una molecola di carbonio rimane sempre lo stesso. Allo stesso tempo, forma sostanze completamente diverse. Le modifiche più comuni del carbonio sono il diamante e la grafite. La prima sostanza è considerata la più dura del pianeta. Questa proprietà è dovuta al fatto che gli atomi nel diamante sono legati da forti legami covalenti in tutte le direzioni. Insieme formano una rete tridimensionale di tetraedri.
Nella grafite, i legami forti si formano solo tra atomi situati su un piano orizzontale. Per questo motivo è quasi impossibile rompere un'asta di grafite nel senso della lunghezza. Ma i legami che collegano tra loro gli strati orizzontali di carbonio sono molto deboli. Pertanto, ogni volta che disegniamo una semplice matita su carta, rimane un segno grigio su di essa. Questo è lo strato di carbonio.
Allotropia dello zolfo
Il motivo della modificazione dello zolfo risiede anche nelle caratteristiche della struttura interna delle molecole. La forma più stabile è rombica. I cristalli di questo tipo di allotropia dello zolfo sono chiamati romboidali. Ognuno di essi è formato da molecole a forma di corona, ognuna delle quali comprende 8 atomi. Secondo le sue proprietà fisiche, lo zolfo rombico è un solido giallo. Non solo non si dissolve in acqua, ma non viene nemmeno bagnata da essa. Il calore e la conducibilità elettrica sono molto bassi.
La struttura dello zolfo monoclino è rappresentata da un parallelepipedo con angoli obliqui. Visivamente, questa sostanza ricorda aghi giallo scuro. Se lo zolfo viene sciolto e poi posto in acqua fredda, si forma la sua nuova modifica. La sua struttura originale si scomporrà in catene polimeriche di diverse lunghezze. È così che si ottiene lo zolfo plastico: una massa gommosa marrone.
Modifiche al fosforo
Gli scienziati hanno 11 tipi di fosforo. La sua allotropia è stata scoperta quasi per caso, come questa stessa sostanza. Alla ricerca della pietra filosofale, l'alchimista Brand ricevette un luminososostanza secca risultante dall'evaporazione dell'urina. Era fosforo bianco. Questa sostanza è caratterizzata da un'elevata attività chimica. È sufficiente aumentare la temperatura a 40 gradi affinché il fosforo bianco reagisca con l'ossigeno e si accenda.
Per il fosforo, la causa dell'allotropia è un cambiamento nella struttura del reticolo cristallino. Può essere modificato solo a determinate condizioni. Quindi, aumentando la pressione e la temperatura in un'atmosfera di anidride carbonica, si ottiene il fosforo rosso. Chimicamente è meno attivo, quindi non è caratterizzato da luminescenza. Una volta riscaldato, si trasforma in vapore. Lo vediamo ogni volta che accendiamo partite regolari. La superficie del reticolo contiene solo fosforo rosso.
Quindi, l'allotropia è l'esistenza di un elemento chimico sotto forma di diverse sostanze semplici. Il più delle volte si trova tra i non metalli. Le ragioni principali di questo fenomeno sono considerate un diverso numero di atomi che formano una molecola di una sostanza, nonché un cambiamento nella configurazione del reticolo cristallino.
