Qu'est-ce que l'allotropie? Allotropie du carbone, chimie

Raisons de la diversité des composés organiques -la capacité des atomes de carbone à former diverses chaînes et cycles, se connectant les uns aux autres. C'est le phénomène de l'isomérie. Et quelle est la raison de la variété de substances inorganiques simples? Il s'avère que l'on peut répondre à cette question en considérant ce qu'est l'allotropie. C’est avec ce phénomène naturel dans le monde des éléments chimiques que l’existence de diverses formes de composés simples est liée.

Qu'est-ce que l'allotropie?

Vous pouvez répondre à cette question de la manière suivante. Ce phénomène de l'existence d'un même élément chimique sous la forme de plusieurs substances simples. Autrement dit, si les cellules du tableau périodique 118, cela ne signifie pas qu'il y a autant d'atomes dans la nature. Chacun des éléments (presque tous) a une ou plusieurs variétés, ou modifications allotropiques.

Quelle est la différence entre de telles substances? Les raisons de ce phénomène sont deux principales:

• nombre différent d'atomes dans la molécule (composition d'allotropie);
• structure inégale du réseau cristallin (forme d'allotropie).

Ce concept est souvent associé au terme.polymorphisme. Cependant, il y a une différence entre eux. Qu'est-ce que l'allotropie? Ce sont des modifications d'un élément chimique en diverses substances simples, quel que soit l'état de l'agrégation. Alors que le polymorphisme est un concept qui s'applique uniquement aux substances cristallines solides.

Diverses modifications allotropiques de composésil est accepté de désigner en lettres latines avant leur nom. L'alpha est toujours placé avant la forme qui a le point de fusion le plus bas, le point d'ébullition. Plus loin dans l'ordre alphabétique et augmentation des indicateurs, respectivement.

Bien que l'élément chimique à la baseles substances simples sont identiques, les propriétés des modifications sont très différentes les unes des autres, tant physiques que chimiques. La forme la plus simple des formes allotropes:

• non-métaux (à l'exception des halogènes et des gaz inertes);
• semimétaux.

L’allotropie des métaux est la moins étudiée, carIls forment de telles modifications à contrecœur et pas tous. Au total, plus de 400 formes différentes de substances simples sont connues à ce jour. Plus le nombre d'états d'oxydation caractéristiques d'un élément est élevé, plus le nombre de modifications allotropes connues est élevé.

Modifications du carbone

L'allotropie du carbone est la plus couranteet un exemple frappant illustrant le phénomène considéré. Après tout, cet élément est capable de former plusieurs types de composés qui diffèrent par la structure du réseau cristallin. En même temps, les substances simples formées sont tellement polaires dans leurs propriétés qu'il ne reste plus qu'à s'étonner des décisions de la nature.

Ainsi, l’allotropie du carbone inclut les modifications suivantes.

1. Qu'est-ce que l'allotropie du carbone peut être retracéesur le formulaire suivant, qui est complètement différent du précédent. C'est du graphite. Une substance très douce qui peut facilement se décoller et laisser une marque caractéristique sur le papier. Par conséquent, il est utilisé pour la fabrication de crayons en ardoise simples. La structure de cette forme est en couches hexagonales. Les connexions entre les couches sont faibles, faciles à rompre, la densité de la substance est faible. Le graphite est utilisé pour produire des diamants synthétiques, en tant que lubrifiant solide, pour la fabrication d’électrodes, en tant que charge pour les plastiques, ainsi que dans les réacteurs nucléaires.
2. Fullerenes - une autre preuve queil y a allotropie. La chimie de ces composés est similaire à celle des hydrocarbures aromatiques. Après tout, leur structure est représentée par des polyèdres fermés convexes ressemblant à un ballon de football. Les fullerènes sont utilisés en technologie en tant que semi-conducteur, pour la production de composés supraconducteurs, en tant que photorésist, etc.
3. Lonsdaleite et cerafit - deux plus cristallinsmodifications du carbone allotropique. Ouvert relativement récemment. Les propriétés sont très similaires à celles du diamant, en l'absence d'impuretés, elles peuvent même être plusieurs fois plus dures.
4. Le charbon et la suie sont des allotropies amorphes de substances. Utilisé comme carburant, lubrifiants, filtres, etc. Selon le contenu dans la nature, la plus commune de toutes les modifications du carbone.

Diamond

Le plus dur de tous connu aujourd'huisubstances, estimées à 10 points sur l’échelle de Mohs. La forme cristalline du carbone, dont la structure a la forme de formations tétraédriques correctement interconnectées en un réseau.

Un diamant est très bon pour diffuser la lumière, ce quivous permet de l'utiliser comme un bijou (diamants). En raison de sa dureté extrême, il est utilisé pour la coupe et le soudage, le perçage, le polissage et le meulage. À ce jour, la production de diamants artificiels utilisés dans l'industrie.

Autres variétés

Il existe également plusieurs autres variantes de cet élément:

• des nanotubes;
• des nanopènes;
• les astrorènes;
• des nanofibres;
• verre de carbone;
• les graphènes;
• un carbin;
• nanopochki.

Formes d'existence non confirmées mais supposées de composés simples du carbone: chaoite, carbone métallique et di-carbone.

Allotropie en oxygène

Ce non-métal forme deux substances simples:

• gaz oxygène (dans des conditions normales) dont la formule est O₂;
• ozone gazeux, reflet empirique de la composition est O₃.

De toute évidence, la raison principale en estexistence de modifications - la composition de la molécule. L'oxygène normal est la base de la vie de tous les êtres vivants (à l'exception des bactéries anaérobies). Il participe activement aux échanges gazeux, source d’énergie pour tous les processus de la vie. Chimiquement, c'est un agent oxydant, à travers lequel de nombreuses réactions sont effectuées.

L'ozone est formé dans la nature ou spécialeinstallations de laboratoire ozoniseurs à partir d'oxygène de l'air sous l'action d'une forte décharge d'électricité. Dans des conditions naturelles - c'est la foudre. À faible concentration diffuse, il a une agréable odeur de fraîcheur (après un orage, il est toujours ressenti dans l'air). C'est un oxydant très fort, javellisant, chimiquement actif.

Modifications du phosphore

L'allotropie de l'oxygène est similaire à celle du phosphore. Il comporte également environ 11 modifications différentes, qui diffèrent par le nombre d'atomes dans la molécule, et par conséquent, la liaison chimique et les propriétés. Il existe trois formes stables et le reste, dans la nature, presque inexistant et en décomposition.

1. Phosphore blanc. Sa formule est P₄. Une substance qui ressemble au blanc de paraffine molle ou légèrement jaunâtre. Il fond facilement et se transforme en un gaz toxique.
2. Le phosphore rouge est une masse pâteuse avec une odeur désagréable. Formule - P_n. Ceci est une structure polymère.
3. Le phosphore noir est une masse grasse au toucher, de couleur noire, qui ne se dissout pas du tout dans l'eau.

Modifications métalliques

Ce qui est allotropie des métaux, peut être trouvé sur l'exemple du fer. Il existe sous la forme:

• alpha;
• bêta;
• gamma;
• formes sigma

Chacune diffère de la structure précédente du réseau cristallin et, par conséquent, de ses propriétés. Par exemple, la forme alpha est ferromagnétique et la forme bêta paramagnétique.

En général, parmi tous les métaux connus, les modifications allotropes forment un total de 27 éléments chimiques.

Boîte d'allotropie

Intéressant car la forme alpha est grisepoudre qui existe seulement à basse température. La forme bêta, en revanche, est métallique, blanc argenté, souple et ductile. Existe à des températures élevées - jusqu'à 161 ^oC. Une forme se transforme facilement en une autre dans des conditions naturelles, s’il existe une différence de degré.