Z našeho článku se dozvíte, co je to alotropie. Tento koncept je v přírodě velmi rozšířený. Například kyslík a ozón jsou látky, které se skládají pouze z chemického prvku kyslíku. Jak je tohle možné? Pojďme na to společně.
Definice pojmu
Alotropie je jev existence jednoho chemického prvku ve formě dvou nebo více jednoduchých látek. Za jeho objevitele je považován Jens Berzelius, chemik a mineralog ze Švédska. Alotropie je fenomén, který má mnoho společného s krystalovým polymorfismem. To vyvolalo mezi vědci dlouhou debatu. V současnosti došli k závěru, že polymorfismus je charakteristický pouze pro pevné jednoduché látky.
Příčiny alotropie
Ne všechny chemické prvky mohou tvořit několik jednoduchých látek. Schopnost alotropie je dána strukturou atomu. Nejčastěji se vyskytuje v prvcích, které mají proměnnou hodnotu oxidačního stavu. Patří mezi ně polokovy a nekovy, inertní plyny a halogeny.
Alotropie může být způsobena několika důvody. Patří mezi ně různý počet atomů, pořadí jejich spojení do molekuly, paralelnost spinů elektronů, typkrystalová mřížka. Podívejme se na tyto typy alotropie na konkrétních příkladech.
Kyslík a ozón
Tento typ alotropie je příkladem toho, jak různý počet atomů jednoho chemického prvku určuje fyzikální a chemické vlastnosti látky. To platí i pro fyziologický dopad na živé organismy. Kyslík se tedy skládá ze dvou atomů kyslíku, ozón - ze tří.
Jaký je rozdíl mezi těmito látkami? Oba jsou plynné. Kyslík nemá barvu, chuť ani vůni, je jedenapůlkrát lehčí než ozón. Tato látka je vysoce rozpustná ve vodě a s klesající teplotou se rychlost tohoto procesu pouze zvyšuje. Kyslík potřebují všechny organismy k dýchání. Proto je tato látka životně důležitá.
Ozón je modrý. Každý z nás cítil jeho charakteristickou vůni po dešti. Je to drsné, ale docela příjemné. Ve srovnání s kyslíkem je ozón reaktivnější. Jaký je důvod? Při rozkladu ozónu vzniká molekula kyslíku a volný atom kyslíku. Okamžitě vstupuje do složených reakcí a tvoří nové látky.
Úžasné vlastnosti uhlíku
Ale počet atomů v molekule uhlíku zůstává vždy stejný. Přitom tvoří úplně jiné látky. Nejběžnější modifikace uhlíku jsou diamant a grafit. První látka je považována za nejtvrdší na planetě. Tato vlastnost je způsobena tím, že atomy v diamantu jsou vázány silnými kovalentními vazbami ve všech směrech. Společně tvoří trojrozměrnou síť čtyřstěnů.
V grafitu se pevné vazby tvoří pouze mezi atomy umístěnými v horizontální rovině. Z tohoto důvodu je téměř nemožné podélně zlomit grafitovou tyč. Ale vazby, které spojují horizontální vrstvy uhlíku k sobě, jsou velmi slabé. Proto pokaždé, když na papír nakreslíme jednoduchou tužku, zůstane na něm šedá značka. Toto je vrstva uhlíku.
Alotropie síry
Důvod modifikace síry spočívá také ve vlastnostech vnitřní struktury molekul. Nejstabilnější tvar je kosočtverečný. Krystaly tohoto typu sirné alotropie se nazývají kosočtverečné. Každá z nich je tvořena molekulami ve tvaru koruny, z nichž každá obsahuje 8 atomů. Podle svých fyzikálních vlastností je kosočtverečná síra žlutá pevná látka. Ve vodě se nejen nerozpouští, ale ani se od ní nesmáčí. Tepelná a elektrická vodivost jsou velmi nízké.
Struktura jednoklonné síry je reprezentována rovnoběžnostěnem se šikmými rohy. Vizuálně tato látka připomíná tmavě žluté jehlice. Pokud se síra roztaví a poté vloží do studené vody, vytvoří se její nová modifikace. Jeho původní struktura se rozpadne na polymerní řetězce různých délek. Takto se získává plastická síra - hnědá gumová hmota.
Úpravy fosforu
Vědci mají 11 typů fosforu. Jeho alotropie byla objevena téměř náhodou, stejně jako tato látka samotná. Při hledání kamene mudrců dostal alchymista Brand světlosuchá látka vznikající při odpařování moči. Byl to bílý fosfor. Tato látka se vyznačuje vysokou chemickou aktivitou. Stačí zvýšit teplotu na 40 stupňů, aby bílý fosfor reagoval s kyslíkem a vznítil se.
U fosforu je příčinou alotropie změna struktury krystalové mřížky. Lze jej změnit pouze za určitých podmínek. Takže zvýšením tlaku a teploty v atmosféře oxidu uhličitého se získá červený fosfor. Chemicky je méně aktivní, proto se nevyznačuje luminiscencí. Při zahřívání se mění v páru. Vidíme to pokaždé, když zapálíme běžné zápasy. Povrch mřížky obsahuje pouze červený fosfor.
Alotropie je tedy existence jednoho chemického prvku ve formě několika jednoduchých látek. Nejčastěji se vyskytuje mezi nekovy. Za hlavní příčiny tohoto jevu se považuje různý počet atomů, které tvoří molekulu látky, a také změna konfigurace krystalové mřížky.
