ALOTROPIA WĘGLA I INNYCH PIERWIASTKÓW CHEMICZNYCH

Alotropia

Jest to zjawisko występowania, w tym samym stanie skupienia, różnych odmian tego samego pierwiastka chemicznego różniących się właściwościami fizycznymi i chemicznymi. Odmiany alotropowe pierwiastka mogą różnić się między sobą strukturą krystaliczną lub liczbą atomów w cząsteczce.

Najbardziej znane pierwiastki tworzące odmiany alotropowe

• TLEN występujący naturalnie w formie tlenu atmosferycznego, ozonu, tetrameru O4 (tylko w stanie ciekłym - tzw. czerwony tlen).

• WĘGIEL występujący w formie diamentu, grafitu, fulerenu, grafenu, nanorurek i form poliynowych.

• FOSFOR występujący w formie fosforu czerwonego, białego, fioletowego i czarnego

• SIARKA występująca w formie romboidalnej, jednoskośnej i polimerycznej.

• ŻELAZO o sieci regularnej przestrzennie centrowanej (α i δ) oraz regularnej ściennie centrowanej (γ).

Inne pierwiastki tworzące odmiany alotropowe

• arsen

• antymon

• cyna

• mangan

• selen

• uran

ALOTROPIA WĘGLA



DIAMENT

- Minerał z gromady pierwiastków rodzimych.

- łac. diamentum = "niepokonany, niezniszczalny" i nawiązuje do wyjątkowej twardości tego minerału.

- Jest najtwardszą znaną substancją z występujących w przyrodzie.

- Dobra przewodność cieplna

- Jest izolatorem, z wyjątkiem diamentu niebieskiego, który jest półprzewodnikiem.

- Jest trudno topliwy i odporny na działanie kwasów i zasad.

- Może zawierać wrostki innych minerałów.



GRAFIT

- Pospolity i szeroko rozpowszechniony minerał z gromady pierwiastków rodzimych.

- Stosowany jako naturalny suchy smar.

- Nazwa pochodzi od gr. graphein = pisać, nawiązuje do tradycyjnego zastosowania tego minerału.

- Dobrze przewodzi prąd elektryczny i ciepło

- Odporny na wysoką temperaturę

- W przyrodzie bardzo rzadko spotyka się dobrze wykształcone kryształy grafitu.

- Jest minerałem giętkim, ale nie jest sprężysty.

- Jest krajalny i nieprzezroczysty, w dotyku jest tłusty i brudzący.



FULEREN

- cząsteczki składające się z parzystej liczby atomów węgla, tworzące zamkniętą, pustą w środku bryłę.

- Cząsteczki fulerenów zawierają od 28 do ok. 1500 atomów węgla.

- Fulereny są czarnymi ciałami stałymi o metalicznym połysku.

- Posiadają własności nadprzewodzące i półprzewodnikowe.

- Gęstość wynosi 1,65g/cm³

- Fulereny należą do związków słabo rozpuszczalnych.

- Nie rozpuszczają się w polarnych rozpuszczalnikach praktycznie wcale.



GRAFEN

- Grafen zbudowany jest z pojedynczej warstwy atomów węgla tworzących połączone pierścienie.

- Atomy węgla tworzą w grafenie płaską, praktycznie dwuwymiarową siatkę o sześciokątnych oczkach, której struktura przypomina plaster miodu.

- Bardzo dobry przewodnik

- Bardzo wysoka ruchliwość elektronów w temperaturze pokojowej

- Jest niemal całkowicie przezroczysty (pochłania tylko 2,3 proc. światła), przez jego warstwę nie przechodzą nawet atomy helu.

- Jest ponad 100 razy mocniejszy niż stal, a zarazem tak elastyczny, że można go bez szkody rozciągnąć o 20 procent.

ALOTROPIA SIARKI

Siarka posiada kilka odmian alotropowych, z których trzy najważniejsze to siarka rombowa, jednoskośna i amorficzna.W zwykłej temperaturze siarka jest mało aktywna. Bardzo łatwo łączy się ona tylko z fluorem, a już trudniej z chlorem. Z innymi pierwiastkami, jak np. z wodorem, łączy się dopiero w podwyższonej temperaturze.



FORMA ROMBOIDALNA

- zbudowane z ośmioczłonowych pierścieni S8,

- Siarka rombowa jest trwała do temperatury 95,6°C

- w tej temperaturze pod ciśnieniem swej własnej pary przekształca się w siarkę jednoskośną.

FORMA JEDNOSKOŚNA

- W temperaturze 118,9 °C siarka jednoskośna, będąc w równowadze ze swą parą, topi się i przechodzi w ciecz

- zbudowane z ośmioczłonowych pierścieni S8

- jasnożółta substancja krystaliczna

- rozpuszczalna w CS2.

FORMA POLIMERYCZNA

- Polisiarka (siarka µ, Sµ).

- Gęsta, lepka ciecz.

- Barwa czerwonobrunatna.

- Zbudowana z długich spiralnych łańcuchów, osiągająca najwyższą lepkość przy temperaturze ok. 200°C.

- W temperaturze 445°C siarka przechodzi w stan pary.

ALOTROPIA FOSFORU

FOSFOR CZARNY

- Najtrwalsza odmiana fosforu.

- Otrzymywany przez ogrzewanie fosforu białego bez dostępu tlenu.

- Ma on barwę szarą, połysk metaliczny.

- Przewodzi prąd elektryczny.

FOSFOR FIOLETOWY

- Powstaje w wyniku ogrzewania fosforu czerwonego w próżni w temperaturze ok. 550 °C.

- Można go też wykrystalizować z roztworu w stopionym ołowiu.

- Nierozpuszczalny w żadnej substancji.

Odmiana mało aktywna chemicznie

FOSFOR BIAŁY

- Przy zwykłym ciśnieniu fosfor biały topi się w 44 °C, a wrze w 277 °C

- Bardzo łatwo ulega samozapłonowi, przechowuje się go zawsze pod wodą.

- Jest trudny do ugaszenia, ponieważ w wysokich temperaturach reaguje z wodą, która go dodatkowo rozprasza.

- Jest skrajnie łatwopalny. Z tego powodu dawniej produkowano z niego zapałki. Były to jednak zapałki bardzo niebezpieczne, ponieważ zapalały się po potarciu o każdą szorstką powierzchnię, a ponadto były trujące.

- Jest silnie trujący; dla człowieka o wadze 60 kg śmiertelna dawka wynosi 100 mg.

- Fosfor biały stosowany jest jako broń zapalająca i trutka na szczury.

FOSFOR CZERWONY

- Inaczej zwany fosforem bezpostaciowym.

- Otrzymuje się go przez prażenie fosforu białego.

- Jest nietoksyczny.

- Zapala się powyżej 400 °C, jego ugaszenie również jest bardzo trudne, ponieważ pali się nawet przy ograniczonym dostępie tlenu.

- Jest używany jako jeden ze składników draski na pudełkach od zapałek.