Аллотропия —термин, обозначающий возможность простых химический элементов к трансформации без изменения физического состояния. Такое свойство встречается как у металлов, так и у неметаллов.
Общее понятие
При аллотропии один и тот же элемент может находиться в двух или даже трёх формах, различающихся кристаллическими решётками. Дословно «аллотропия» переводится с греческого как «другое свойство».
Любой химический элемент представляет собой разновидность атомов, обладающих определёнными особенностями. Имеются вещества, состоящие как исключительно из атомов, так и из молекул. Так, например, кислород и углекислый газ представлены молекулами.
К примеру, у кислорода атом и молекула имеют разные свойства. В естественном состоянии атомы стремятся к образованию молекул, так как это является более целесообразным с энергетической точки зрения. Бывает, элемент формирует сразу несколько молекулярных версий — так, из двух атомов кислорода получается О2, из трёх — О3.
Вещества, склонные к формированию многочисленных химических веществ — аллотропные модификации. Наиболее известный случай иллюстрации этого явления — соединения углерода, его возможные формы:
- уголь;
- графит;
- графен;
- нанотрубки.
Благодаря аллотропии возрастает число соединений, которые могут быть полезны в той или иной области человеческой деятельности. Так, сегодня широко используются разнообразные модификации углерода — при создании сенсоров, для повышения прочности материалов и т.д.
Примеры аллотропии
Преобразование веществ бывает обратимое и необратимое. Вещества, подвергнувшиеся воздействию температуры или давления, могут как возвращаться в первоначальное состояние, так оставаться в новом виде.
Металлы:
- Железо. Представлено четырьмя кристаллическими реформациями, отличающимися температурами плавления. Например, феррит сохраняет кристаллическую решётку до +768°C, вторая модификация — до +917°C, третья — до +1394°C.
- Олово. Известно три версии. Серое олово — кристаллический порошок, белое олово (пластичный материал), гамма-олово (плотный и хрупкий материал).
Неметаллы:
- Кислород. Встречается в природе виде кислорода и озона, который имеет ярко выраженный запах, слабо-фиолетовый цвет.
- Селен. Представлен двумя видами, первый — чёрный селен, второй — полимер.
- Фосфор. Существует 11 модификаций, основные — красного, чёрного, белого цвета.
Далее группа элементов, которые располагаются в таблице Менделеева в переходной группе, их иногда называют полуметаллами. Многие из них представляют собой полупроводники.
Полуметаллы:
- Мышьяк. У него три аллотропные формы, серый полимер относят к полуметаллам, жёлтый — к неметаллам, чёрный походит по свойствам на красный фосфор.
- Бор. В природной среде существует в кристаллической и аморфной версиях — черного и бурого цвета соответственно.
- Германий. Может существовать как полуметалл с решёткой, походящей на алмазную, и как металл, обладающий электропроводностью.
- Полоний. Может находиться в двух металлических модификациях — низкотемпературной и высокотемпературной.
- Кремний. Выделяют два вида — поли- и монокристаллическую модификацию. Природные виды — песок, кварцит, полевой шпат, силикаты.
- Сурьма. Есть четыре металлических модификации и три аморфные — жёлтая, чёрная и взрывчатая.
Аллотропические формы металлов, полуметаллов и неметаллов могут встречаться как в природе, так и получаться исключительно лабораторным путём. Явление аллотропии однозначно подтверждает наличие перспектив в деле открытия новых форм и типов вещества.
