מהמאמר שלנו תלמד מהי אלוטרופיה. מושג זה נפוץ באופיו. לדוגמה, חמצן ואוזון הם חומרים המורכבים רק מהיסוד הכימי חמצן. איך זה אפשרי? בואו נבין את זה ביחד.
הגדרת המושג
אלוטרופיה היא תופעת קיומו של יסוד כימי אחד בצורה של שני חומרים פשוטים או יותר. Jens Berzelius, כימאי ומינרלוג משוודיה, נחשב למגלה שלו. אלוטרופיה היא תופעה שיש לה הרבה מן המשותף עם פולימורפיזם גבישי. זה גרם לוויכוח ארוך בין מדענים. נכון לעכשיו, הם הגיעו למסקנה שפולימורפיזם אופייני רק לחומרים פשוטים מוצקים.
סיבות לאלוטרופיה
לא כל היסודות הכימיים יכולים ליצור כמה חומרים פשוטים. היכולת לאלוטרופיה נובעת ממבנה האטום. לרוב, זה מתרחש ביסודות שיש להם ערך משתנה של מצב החמצון. אלה כוללים מתכות למחצה ולא מתכות, גזים אינרטים והלוגנים.
אלוטרופיה יכולה לנבוע מכמה סיבות. אלה כוללים מספר שונה של אטומים, סדר חיבורם למולקולה, המקבילות של ספינים אלקטרונים, סוגסריג קריסטל. הבה נשקול סוגים אלו של אלוטרופיה באמצעות דוגמאות ספציפיות.
חמצן ואוזון
סוג זה של אלוטרופיה הוא דוגמה לאופן שבו מספר שונה של אטומים של יסוד כימי אחד קובע את התכונות הפיזיקליות והכימיות של חומר. זה חל גם על ההשפעה הפיזיולוגית על אורגניזמים חיים. אז חמצן מורכב משני אטומי חמצן, אוזון - משלושה.
מה ההבדל בין החומרים האלה? שניהם גזים. לחמצן אין צבע, טעם או ריח, הוא בהיר פי אחד וחצי מהאוזון. חומר זה מסיס מאוד במים, ועם ירידה בטמפרטורה, קצב התהליך הזה רק עולה. חמצן נחוץ לכל האורגניזמים לנשימה. לכן, החומר הזה חיוני.
אוזון כחול. כל אחד מאיתנו הרגיש את ריחו האופייני לאחר הגשם. זה קשה, אבל די נעים. בהשוואה לחמצן, האוזון מגיב יותר. מה הסיבה? כאשר האוזון מתפרק, נוצרת מולקולת חמצן ואטום חמצן חופשי. הוא נכנס מיד לתגובות מורכבות, ויוצר חומרים חדשים.
התכונות המדהימות של פחמן
אבל מספר האטומים במולקולת פחמן תמיד נשאר זהה. במקביל, הוא יוצר חומרים שונים לחלוטין. השינויים הנפוצים ביותר של פחמן הם יהלום וגרפיט. החומר הראשון נחשב לקשה ביותר על פני כדור הארץ. תכונה זו נובעת מהעובדה שהאטומים ביהלום קשורים בקשרים קוולנטיים חזקים לכל הכיוונים. יחד הם יוצרים רשת תלת מימדית של טטרהדרות.
בגרפיט, קשרים חזקים נוצרים רק בין אטומים הממוקמים במישור אופקי. מסיבה זו, כמעט בלתי אפשרי לשבור מוט גרפיט לאורכו. אבל הקשרים המחברים את השכבות האופקיות של הפחמן זו לזו, חלשים מאוד. לכן, בכל פעם שאנו מציירים עיפרון פשוט על נייר, נשאר עליו סימן אפור. זוהי שכבת הפחמן.
אלוטרופיה של גופרית
הסיבה לשינוי של גופרית נעוצה גם בתכונות המבנה הפנימי של המולקולות. הצורה היציבה ביותר היא מעוין. גבישים מסוג זה של אלוטרופיה של גופרית נקראים rhomboidal. כל אחד מהם נוצר על ידי מולקולות בצורת כתר, שכל אחת מהן כוללת 8 אטומים. על פי תכונותיו הפיזיקליות, גופרית מעוינת היא מוצק צהוב. הוא לא רק שאינו מתמוסס במים, אלא אפילו לא נרטב ממנו. מוליכות החום והחשמל נמוכים מאוד.
המבנה של גופרית מונוקלינית מיוצג על ידי מקבילית עם פינות אלכסוניות. מבחינה ויזואלית, חומר זה דומה למחטים צהובות כהות. אם גופרית נמסה ואז שמה למים קרים, השינוי החדש שלה נוצר. המבנה המקורי שלו יתפרק לשרשראות פולימריות באורכים שונים. כך מתקבלת גופרית פלסטית - מסה גומי חומה.
שינויי זרחן
למדענים יש 11 סוגי זרחן. האלוטרופיה שלו התגלתה כמעט במקרה, כמו החומר הזה עצמו. בחיפוש אחר אבן החכמים, האלכימאי ברנד קיבל זוהרחומר יבש הנובע מאידוי שתן. זה היה זרחן לבן. חומר זה מאופיין בפעילות כימית גבוהה. מספיק להעלות את הטמפרטורה ל-40 מעלות כדי שזרחן לבן יגיב עם חמצן ויתלקח.
עבור זרחן, הסיבה לאלוטרופיה היא שינוי במבנה של סריג הגביש. ניתן לשנות אותו רק בתנאים מסוימים. אז, על ידי הגדלת הלחץ והטמפרטורה באטמוספירה של פחמן דו חמצני, מתקבל זרחן אדום. מבחינה כימית, הוא פחות פעיל, ולכן אינו מאופיין באור זוהר. כאשר הוא מחומם, הוא הופך לאדים. אנחנו רואים את זה בכל פעם שאנחנו מדליקים גפרורים קבועים. משטח הסורג מכיל רק זרחן אדום.
אז, אלוטרופיה היא קיומו של יסוד כימי אחד בצורה של כמה חומרים פשוטים. לרוב נמצא בין לא-מתכות. הסיבות העיקריות לתופעה זו נחשבות למספר שונה של אטומים היוצרים מולקולה של חומר, כמו גם שינוי בתצורה של סריג הגביש.
