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.