Δήμητρα Σπανού συνταξιούχος χημικός καθηγήτρια Βθμιας Εκπαίδευσης
υπό κατασκευή
ΑΛΛΟΤΡΟΠΙΑ ΚΑΙ ΑΛΛΟΤΡΟΠΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΧΗΜΙΚΏΝ ΟΥΣΙΩΝ
ΠΟΙΑ ΧΗΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΕΜΦΑΝΙΖΟΝΤΑΙ ΜΕ ΑΛΛΟΤΡΟΠΙΚΕΣ ΜΟΡΦΕΣ
ΤΙ ΕΙΝΑΙ Η ΑΛΛΟΤΡΟΠΙΑ
Σε ορισμένες περιπτώσεις κάποιο χημικό στοιχείο εμφανίζεται σαν δύο ή περισσότερες ουσίες ίδιες αλλά με διαφορετικό τρόπο συσσώρευσης, και με διαφορετικές ορισμένες ιδιότητές τους, που βρίσκονται όμως στην ίδια φάση. Αυτό ονομάστηκε Αλλοτροπία και διατυπώθηκε πρώτη φορά από τον Σουηδό Χημικό Berzelius
Οι απλές ουσίες είναι περίπου 400 πολύ γιατί μαζύ με τα χημικά στοιχεία του Περιοδικού πίνακα - που φτάνουν σήμερα τα 120 με τα τεχνητά-, συμπεριλαμβάνονται και οι αλλοτροπικές τροποποιήσεις τους. Αυτές που δίνουν επίσης απλές ουσίες οι οποίες έχουν όμως σε πολλές περιπτώσεις διαφορετικές ιδιότητες
(Το ίδιο φαινόμενο της αλλοτροπίας στις χημικές ενώσεις αλλά εκεί ονομάζεται ισομέρεια)
Στην Αλλοτροπία σε χημικά στοιχεία διακρίνουμε δύο περιπτώσεις.
Α. Αλλοτροπία σύνθεσης Διαφορετικός αριθμός ατόμων στο μόριο
Παράδειγμα το οξυγόνο Ο2 και το Όζον Ο3 (αλλοτροπία σύνθεσης)
Β. Αλλοτροπία της μορφής, όταν υπάρχει διαφορετικός τρόπος τοποθέτησης των μορίων- ιόντων στο κρυσταλλικό πλέγμα
Η μεταβολή του κρυσταλλικού μεταλλικού πλέγματος εξαρτάται κατά μεγάλο βαθμό στις διαφορετικές δυνατότητες ολίσθησης για κάθε τύπο κρυσταλλικού πλέγματος
Παράδειγμα ο κασσίτερος Sn: σε θερμοκρασία μικρότερη από 13,2 έχουμε τον αSn που είναι γρίζος, κρυσταλλική σκόνη, πλέγμα διαμαντιού, μεταξύ 13,2 και 161 βαθμούς κελσίου έχουμε τον λευκό κασσίτερο βSn όλκιμο μέταλλο με μεταλλικό πλέγμα και με μεταλλική λάμψη ενώ σε υψηλότερες θερμοκρασίες 161 έως 232 τον γSn μεγάλη σκληρότητα και ευθραυστοτητα και ρομβικό πλέγμα,
Εδώ θα δώσω μόνο κάποια παραδείγματα αλλοτροπίας που αναφέρονται στην εσωτερική δομή των υλικών σωμάτων
Ένα συνηθισμένο τέτοιο παράδειγμα είναι το χημικό στοιχείο φωσφορος (Ρ) στον οποίο υπάρχουν 11 αλλοτροπικές Οι πιο γνωστές είναι ο λευκός (δηλητηριώδης, λάμπει στο σκοτάδι και μπορεί να έχει αυθόρμητη ανάφλεξη), ο ερυθρός φωσφόρος (δεν είναι δηλητηριώδης, δεν λάμπει στο σκοτάδι και δεν μπορεί να έχει αυθόρμητη ανάφλεξη), ο μαύρος φωσφόρος είναι χημικά αδρανής και αγώγιμος στο ηλεκτρικό ρεύμα
(Εδώ πρέπει να αναφέρω ότι υπάρχει το ίδιο φαινόμενο για τα κρυσταλλικά πλέγματα χημικών ενώσεων, αυτό όμως δεν λέγεται αλλοτροπία αλλά πολυμορφισμός)
ΑΛΛΟΤΡΟΠΙΚΟΙ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ
Η αλλαγή ενός αλλότροπου στοιχείου σε ένα άλλο μπορεί να συμβεί για διάφορες αλλαγές στις περιβαλλοντικές συνθήκες όπως στην Θερμοκρασία, στην Πίεση, στην Ηλεκτρομαγνητική Ακτινοβολία, που μπορεί να είναι φυσικοί ή λόγω επεξεργασίας (τεχνητοί)
Όταν αυτοί έχουν σαν αποτέλεσμα την αλλαγή στην δομή ενός χημικού είδους, ώστε με τις αλλαγές στην δομή του να έρχονται συνήθως τροποποιήσεις των φυσικών και χημικών του ιδιότητων έχουμε αλλοτροπικό μετασχηματισμό.
Αλλαγές μπορεί να εμφανιστούν στην συνέχεια, σε φυσικές ιδιότητες όπως η σκληρότητα (για στερεά), η ηλεκτρική αγωγιμότητα, το σημείο τήξης και το χρώμα αλλά και σε χημικές ιδιότητες όπως η οξειδοαναγωγική ικάνότητα, η αντοχή στην διάβρωση κ.α. .
Η αλλοτροπία επίσης μπορεί να είναι μονότροπη, όταν ένα από τα αλλότροπα είναι σταθερότερο από τα άλλα και είναι δυνατή η μετάβαση από μια όχι σταθερή αλλοτροπική δομή σε μια σταθερή χωρίς να είναι δυνατό και το αντίστροφο.
Παράδειγμα η μετάβαση του λευκού φωσφόρου υπό πίεση 1,25GPa και θερμοκρασία 200οC σε μαύρο (σταθερότερο αλλότροπο)
ή η μετατροπή του γραφίτη σε διαμάντι σε πίεση 6GPa και θερμοκρασία 1500Cο (με καταλύτη Ni, Cr, Fe κ.α.) ενώ το διαμάντι μετατρέπεται γρήγορα σε γραφίτησε θερμοκρασίες ανω των 1000Cο
και εναντιότροπη εάν τα διάφορα αλλότροπα επικρατούν σε διαφορετικές συνθήκες το κάθε ένα και μπορούν να μετατρέπονται το ένα στο άλλο ανάλογα και αυτό συνήθως συμβαίνει όταν οι αλλοτροπικές τροποποιήσεις γίνονται κάτω από το σημείο τήξεως.
Παράδειγμα ο σίδηρος: ο σίδηρος έως την θερμοκρασία των 770οC έχει πλέγμα κυβικό κεντρωμένο με παραμέτρους α=0,286nm και μαγνητικές ιδιότητες. Πάνω από αυτήν οι διαστάσεις του πλέγματος αυξάνονται έως τους 910ο C με α=0,290nm
ΠΟΥ ΟΦΕΙΛΟΝΤΑΙ ΚΑΙ ΠΩς ΠΡΑΓΜΑΤΟΠΟΙΟΥΝΤΑΙ ΟΙ ΑΛΛΟΤΡΟΠΙΚΕΣ ΜΕΤΑΒΑΣΕΙΣ ΧΗΜΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ
Οι μεταβάσεις χημικού στοιχείου από την μια στην άλλη ατομική ή μοριακή κατάσταση συμβαίνουν όταν αλλάζουν οι περιβαλλοντικές συνθήκες όπως: η θερμοκρασία, η πίεση, η πίεση και η θερμοκρασία.
Αν πρόκειται για μέταλλα
η αλλοτροπικές μεταβολές πραγματοποιούνται με
που εμφανίζονται με αλλοτροπικές μορφές, είναι κυρίως εκείνα που διαθέτουν πολλούς αριθμούς οξείδωσης που αλλάζουν με την θερμοκρασία. Το μεταλλικό πλέγμα που αποτελείται από ιόντα στους κόμβους και νέφος ηλεκτρονίων, επιρρεάζεται από την θερμοκρασία. Αλλαγές στην θερμοκρασία μπορούν να προκαλέσουν αλλαγές στις κινήσεις του νέφους των ηλεκτρονιων και αυτό να επιρρεάσει τα ιόντα στους κόμβους και την μετακίνησή τους στους κόμβους ενός νέου πλέγματος.
ΣΕ ΠΟΙΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΕΜΦΑΝΙΖΟΝΤΑΙ ΑΛΛΟΤΡΟΠΙΚΟΙ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ
Έχει διαπιστωθεί ότι η αλλοτροπία ευνοείται σε χημικά στοιχεία που έχουν υψηλό βαθμό οξείδωσης και ικανότητα των ατόμων να συνδέονται σε ομοαλυσίδες. Επομένως περισσότεροι αλλοτροπικοί σχηματισμοί παρατηρούνται στα αμέταλλα και τα ημιμέταλλα.
Μόνο στα 28 από τα μέταλλα έχουμε -σε κανονική ατμοσφαιρική πίεση- αλλοτροπικές μορφές ενώ 6 σχηματίζουν αλλοτροπικές τροποποιήσεις με τεχνική επεξεργασία. Ο μεταλλιολόγος P. N. Vsilyev έδειξε πως τα στοιχεία που έχουν μεταβλητό σθένος που εξαρτάται από την θερμοκρασία παρουσιάζουν αλλοτροπία.
στην διεύθυνση chemicalstudy.ru/allotropiya-himicheskih-elementov/
υπάρχει ολοκληρωμένος πίνακας Χημικών Στοιχείων με τις αλλοτροπικές τους μεταποιήσεις. Παραθέτω τις πρώτες σειρές
Αλλοτροπία χημικών στοιχείων (μέρος 1):
| Ατομικός αριθμός | Χημικό στοιχείο
|
Σύμβολο | Αλλοτροπία χημικών στοιχείων |
| 1 | Υδρογόνο | H | |
| 2 | Ήλιο | Αυτός | |
| 3 | Λίθιο | Λι | 3 αλλοτροπικές τροποποιήσεις λιθίου:
- λίθιο με κυβικό κρυσταλλικό πλέγμα με κέντρο τον όγκο, |
ΠΗΓΕΣ
Μονοτροπία | Αυτό είναι... Τι είναι η Μονοτροπία;
Ποια στοιχεία έχουν αλλοτροπικές τροποποιήσεις
Πίνακας αλλοτροπίας μετάλλων και αμετάλλων
ακατεργαστο
Μέταλλα που εμφανίζονται με αλλοτροπικές μορφές είναι κυρίως εκείνα που διαθέτουν πολλούς αριθμούς οξείδωσης που αλλάζουν με την θερμοκρασία. Το μεταλλικό πλέγμα που αποτελείται από ιόντα στους κόμβους και νέφος ηλεκτρονίων, επιρρεάζεται από την θερμοκρασία. Αλλαγές στην θερμοκρασία μπορούν να προκαλέσουν αλλαγές στις κινήσεις του νέφους των ηλεκτρονιων και αυτό να επιρρεάσει τα ιόντα στους κόμβους και την μετακίνησή τους στους κόμβους ενός νέου πλέγματος.
Αλλοτροπία χημικών στοιχείων (μέρος 1):