In unserem Artikel erfahren Sie, was Allotropie ist. Dieses Konzept ist in der Natur weit verbreitet. Sauerstoff und Ozon sind beispielsweise Stoffe, die nur aus dem chemischen Element Sauerstoff bestehen. Wie ist das möglich? Lass es uns gemeinsam herausfinden.
Begriffsdefinition
Allotropie ist das Phänomen der Existenz eines chemischen Elements in Form von zwei oder mehr einfachen Substanzen. Als Entdecker gilt Jens Berzelius, Chemiker und Mineraloge aus Schweden. Allotropie ist ein Phänomen, das viel mit Kristallpolymorphismus gemeinsam hat. Dies löste eine lange Debatte unter Wissenschaftlern aus. Derzeit sind sie zu dem Schluss gekommen, dass Polymorphismus nur für feste einfache Substanzen charakteristisch ist.
Ursachen der Allotropie
Nicht alle chemischen Elemente können mehrere einfache Substanzen bilden. Die Fähigkeit zur Allotropie ist auf die Struktur des Atoms zurückzuführen. Am häufigsten tritt es in Elementen auf, die einen variablen Wert der Oxidationsstufe haben. Dazu gehören Halb- und Nichtmetalle, Edelgase und Halogene.
Allotropie kann verschiedene Ursachen haben. Dazu gehören eine unterschiedliche Anzahl von Atomen, die Reihenfolge ihrer Verbindung zu einem Molekül, die Parallelität von Elektronenspins, die ArtKristallgitter. Betrachten wir diese Arten von Allotropie anhand konkreter Beispiele.
Sauerstoff und Ozon
Diese Art der Allotropie ist ein Beispiel dafür, wie eine unterschiedliche Anzahl von Atomen eines chemischen Elements die physikalischen und chemischen Eigenschaften einer Substanz bestimmt. Dies gilt auch für die physiologische Wirkung auf lebende Organismen. Sauerstoff besteht also aus zwei Sauerstoffatomen, Ozon aus drei.
Was ist der Unterschied zwischen diesen Substanzen? Beide sind gasförmig. Sauerstoff hat keine Farbe, keinen Geschmack oder Geruch, er ist eineinhalb Mal leichter als Ozon. Diese Substanz ist in Wasser sehr gut löslich, und mit abnehmender Temperatur nimmt die Geschwindigkeit dieses Prozesses nur zu. Sauerstoff wird von allen Organismen zur Atmung benötigt. Daher ist diese Substanz lebenswichtig.
Ozon ist blau. Jeder von uns spürte seinen charakteristischen Geruch nach dem Regen. Es ist hart, aber sehr angenehm. Im Vergleich zu Sauerstoff ist Ozon reaktiver. Was ist der Grund? Beim Abbau von Ozon entstehen ein Sauerstoffmolekül und ein freies Sauerstoffatom. Es geht sofort Verbundreaktionen ein und bildet neue Substanzen.
Die erstaunlichen Eigenschaften von Kohlenstoff
Aber die Anzahl der Atome in einem Kohlenstoffmolekül bleibt immer gleich. Gleichzeitig bildet es ganz andere Substanzen. Die häufigsten Modifikationen von Kohlenstoff sind Diamant und Graphit. Die erste Substanz gilt als die härteste auf dem Planeten. Diese Eigenschaft beruht auf der Tatsache, dass die Atome in Diamant durch starke kovalente Bindungen in alle Richtungen gebunden sind. Zusammen bilden sie ein dreidimensionales Netzwerk aus Tetraedern.
In Graphit werden starke Bindungen nur zwischen Atomen gebildet, die sich in einer horizontalen Ebene befinden. Aus diesem Grund ist es nahezu unmöglich, einen Graphitstab der Länge nach zu brechen. Aber die Bindungen, die die horizontalen Kohlenstoffschichten miteinander verbinden, sind sehr schwach. Daher bleibt jedes Mal, wenn wir einen einfachen Bleistift auf Papier zeichnen, eine graue Markierung darauf. Das ist die Kohlenstoffschicht.
Allotropie des Schwefels
Der Grund für die Modifikation des Schwefels liegt auch in den Eigenschaften der inneren Struktur der Moleküle. Die stabilste Form ist rhombisch. Kristalle dieser Art von Schwefelallotropie werden als rhomboidal bezeichnet. Jeder von ihnen besteht aus kronenförmigen Molekülen, von denen jedes 8 Atome enthält. Rhombischer Schwefel ist seinen physikalischen Eigenschaften nach ein gelber Feststoff. Es löst sich nicht nur nicht in Wasser auf, sondern wird von diesem nicht einmal benetzt. Wärme- und elektrische Leitfähigkeit sind sehr gering.
Die Struktur von monoklinem Schwefel wird durch ein Parallelepiped mit schrägen Ecken dargestellt. Optisch ähnelt diese Substanz dunkelgelben Nadeln. Wird Schwefel geschmolzen und dann in k altes Wasser gegeben, entsteht seine neue Modifikation. Seine ursprüngliche Struktur zerfällt in Polymerketten unterschiedlicher Länge. So entsteht plastischer Schwefel - eine braune gummiartige Masse.
Phosphormodifikationen
Wissenschaftler haben 11 Arten von Phosphor. Seine Allotropie wurde fast zufällig entdeckt, wie diese Substanz selbst. Auf der Suche nach dem Stein der Weisen erhielt der Alchemist Brand einen LeuchtstoffTrockensubstanz, die bei der Verdunstung von Urin entsteht. Es war weißer Phosphor. Diese Substanz zeichnet sich durch eine hohe chemische Aktivität aus. Es genügt, die Temperatur auf 40 Grad zu erhöhen, damit weißer Phosphor mit Sauerstoff reagiert und sich entzündet.
Bei Phosphor ist die Ursache der Allotropie eine Veränderung in der Struktur des Kristallgitters. Sie kann nur unter bestimmten Bedingungen geändert werden. Durch Erhöhen des Drucks und der Temperatur in einer Kohlendioxidatmosphäre wird also roter Phosphor erh alten. Chemisch ist es weniger aktiv, daher zeichnet es sich nicht durch Lumineszenz aus. Beim Erhitzen verwandelt es sich in Dampf. Wir sehen das jedes Mal, wenn wir normale Streichhölzer anzünden. Die Gitteroberfläche enthält nur roten Phosphor.
Allotropie ist also die Existenz eines chemischen Elements in Form mehrerer einfacher Substanzen. Am häufigsten unter Nichtmetallen gefunden. Als Hauptgründe für dieses Phänomen werden eine unterschiedliche Anzahl von Atomen, die ein Molekül einer Substanz bilden, sowie eine Änderung der Konfiguration des Kristallgitters angesehen.
