Органикалық қосылыстардың әртүрлі болуының себептері – көміртек атомдарының бір-бірімен байланысып, әртүрлі тізбектер мен циклдар түзу қабілеті. Бұл изомерия құбылысы. Ал қарапайым бейорганикалық заттардың әртүрлі болуының себебі неде? Бұл сұраққа аллотропияның не екенін қарастыру арқылы жауап беруге болады екен. Қарапайым қосылыстардың әртүрлі формаларының болуы химиялық элементтер әлеміндегі осы табиғи құбылыспен байланысты.
Аллотропия дегеніміз не?
Бұл сұраққа былай жауап беруге болады. Бұл бір химиялық элементтің бірнеше қарапайым заттар түрінде болу құбылысы. Яғни, периодтық жүйеде 118 жасуша болса, бұл табиғатта атомдар саны бірдей дегенді білдірмейді. Элементтердің әрқайсысында (барлығында дерлік) бір немесе бірнеше сорттар немесе аллотроптық модификациялар бар.
Бұл заттардың айырмашылығы неде? Бұл құбылыстың екі негізгі себебі бар:
- молекуладағы атомдардың әртүрлі саны (құрамның аллотропиясы);
- кристалдық тордың тең емес құрылымы (пішін аллотропиясы).
Көбінесе бұл ұғым полиморфизм терминімен байланысты. Дегенмен, олардың арасында айырмашылық бар. Аллотропия дегеніміз не? Бұл химиялық элементтің әртүрлі қарапайым заттарға өзгеруі,ол қандай күйде болса да. Полиморфизм тек қатты кристалды заттарға қолданылатын ұғым.
Қосылыстардың әртүрлі аллотропиялық модификациялары әдетте олардың атауының алдында латын әріптерімен белгіленеді. Альфа әрқашан ең төмен балқу температурасы, қайнау температурасы бар пішіннің алдына қойылады. Әрі қарай алфавиттік және сәйкесінше өсу көрсеткіштері.
Қарапайым заттардың негізіндегі химиялық элементтің бірдей болуына қарамастан, модификациялардың қасиеттері бір-бірінен физикалық және химиялық жағынан айтарлықтай ерекшеленеді. Аллотропиялық формаларды қалыптастырудың ең оңай жолы:
- металл еместер (галогендер мен инертті газдардан басқа);
- жартылайметалдар.
Металдардың аллотропиясы ең аз зерттелген, өйткені олар мұндай модификацияларды барлығын емес, құлықсыз түзеді. Жалпы бүгінгі күні қарапайым заттардың 400-ден астам әртүрлі формалары белгілі. Элементке тән тотығу күйлері неғұрлым көп болса, оған белгілі аллотроптық модификациялар саны соғұрлым жоғары болады.
Көміртегі модификациялары
Көміртектің аллотропиясы - қарастырылып отырған құбылысты көрсететін ең көп таралған және жарқын мысал. Өйткені, дәл осы элемент кристалдық тордың құрылымында ерекшеленетін қосылыстардың бірнеше түрін құруға қабілетті. Сонымен қатар, нәтижесінде пайда болған қарапайым заттардың қасиеттерінің полярлылығы сонша, табиғаттың шешімдеріне таң қалуға болады.
Сонымен, көміртегі аллотропиясы келесі модификацияларды қамтиды.
- Көміртектің аллотропиясы қандай екенін оның алдыңғы түрінен түбегейлі айырмашылығы бар келесі түрінде көруге болады. Бұл графит. Қағазда оңай қабыршақтанып, өзіне тән із қалдыратын өте жұмсақ зат. Сондықтан ол қарапайым қарындаштарға арналған қарындаш сымдарын жасау үшін қолданылады. Бұл пішіннің құрылымы алтыбұрышты қабатты. Қабаттар арасындағы байланыстар әлсіз, оңай жыртылады, заттың тығыздығы төмен. Графит синтетикалық алмаздарды өндіру үшін қатты майлаушы ретінде, электродтарды өндіру үшін, пластмассада толтырғыш ретінде, сондай-ақ ядролық реакторларда қолданылады.
- Фуллерендер - аллотропияның бар екендігінің тағы бір дәлелі. Бұл қосылыстардың химиясы ароматты көмірсутектерге ұқсас. Өйткені, олардың құрылымы футбол добын еске түсіретін дөңес жабық полиэдрлермен ұсынылған. Фуллерендер технологияда жартылай өткізгіш ретінде, асқын өткізгіш қосылыстар алу үшін, фоторезист ретінде және т.б. пайдаланылады.
- Лонсдалейт пен церафит - көміртегінің тағы екі кристалдық аллотропиялық модификациясы. Олар салыстырмалы түрде жақында ашылды. Қасиеттері гауһарға өте ұқсас, қоспалар болмаған жағдайда олар тіпті бірнеше есе қаттырақ болуы мүмкін.
- Көмір және күйе – заттардың аморфты аллотропиясы. Жанар-жағармай, сүзгі және т.б. ретінде пайдаланылады. Табиғаттағы мазмұны бойынша көміртегінің барлық түрлендірулерінің ең көп тарағаны.
Гауһар
Бүгінгі күні белгілі ең қатты зат, Mohs шкаласы бойынша 10 балл. кристалдық пішінқұрылымы желіде дұрыс қосылған тетраэдрлік түзілістерге ие көміртек.
Гауһар жарықты өте жақсы тарата алады, бұл оны зергерлік бұйымдар (бриллианттар) ретінде пайдалануға мүмкіндік береді. Өте қаттылыққа байланысты ол кесу және дәнекерлеу, бұрғылау, жылтырату және тегістеу үшін қолданылады. Бүгінгі күні өнеркәсіпте қолданылатын жасанды алмаздар өндірісі жолға қойылған.
Басқа сорттар
Бұл элементтің тағы бірнеше түрі бар:
- нанотүтіктер;
- нанокөбік;
- астролендер;
- наноталшықтар;
- шыны көміртек;
- графендер;
- карабин;
- нанобүршіктер.
Қарапайым көміртекті қосылыстардың болуының расталмаған, бірақ күдікті түрлері: хаоит, металл көміртек және дикарбон.
Оттегінің аллотропиясы
Бұл бейметал екі қарапайым зат түзеді:
- оттегі газы (қалыпты жағдайда), формуласы O2;
- газ тәрізді озон, оның құрамының эмпирикалық көрінісі O3.
Бұл жерде модификациялардың болуының басты себебі молекуланың құрамы екені анық. Кәдімгі оттегі барлық тірі ағзалардың (анаэробты бактерияларды қоспағанда) өмір сүруінің негізі болып табылады. Ол газ алмасудың белсенді қатысушысы, барлық тіршілік процестерінің энергия көзі. Химиялық тілде бұл тотықтырғыш зат, оның көмегімен көптеген реакциялар жүреді.
Озон табиғатта немесеарнайы зертханалық қондырғылар – электр энергиясының күшті разрядының әсерінен атмосфералық оттегіден озонизаторлар. Табиғи жағдайда бұл найзағай. Төмен диффузиялық концентрацияларда ол балғындықтың жағымды иісіне ие (найзағайдан кейін ол әрқашан ауада сезіледі). Бұл өте күшті тотықтырғыш, ағартқыш, химиялық белсенді.
Фосфордағы өзгерістер
Оттегінің аллотропиясы фосфордікіне ұқсас. Сондай-ақ оның молекуладағы атомдар саны, демек, химиялық байланысы мен қасиеттері бойынша ерекшеленетін шамамен 11 түрлі модификациясы бар. Табиғатта іс жүзінде кездеспейтін және ыдырайтын үш тұрақты түрі және қалғандары бар.
- Ақ фосфор. Оның формуласы: Р4. Жұмсақ парафинге ұқсайтын, ақ немесе сәл сарғыш түсті зат. Улы газға оңай ериді.
- Қызыл фосфор – жағымсыз иісі бар паста тәрізді масса. Формула R . Бұл полимер құрылымы.
- Қара фосфор - бұл қара түсті және суда мүлдем ерімейтін майлы масса.
Металдардың модификациялары
Металдардың аллотропиясы дегеніміз не, темір мысалында білуге болады. Ол келесідей бар:
- альфа-;
- бета;
- гамма-;
- сигма пішіндері.
Әрқайсысы алдыңғысынан кристалдық тордың құрылымымен және сәйкесінше қасиеттерімен ерекшеленеді. Мысалы, альфа түрі ферромагниттік, ал бета түрі парамагниттік.
Жалпы, барлық белгілі металдардың ішінде аллотроптық модификациялар тек 27 химиялық затты құрайды.элементтер.
Қалайы аллотропиясы
Қызықты, себебі альфа пішіні төмен температурада ғана болатын сұр ұнтақ. Бета формасы, керісінше, металл, күмістей ақ, жұмсақ және иілгіш. Жоғары температурада бар - 161 оС дейін. Табиғи жағдайда дәреже айырмашылығы болса, бір пішін екіншісіне оңай өзгереді.
