Alotropska modifikacija

S Vikipedije, slobodne enciklopedije

Dijamant i grafit dve alotropske modifikacije ugljenika: čiste forme istog elementa, koje se razlikuju po strukturi.

Alotropska modifikacija nekog elementa je pojava koja se dešava kada se neki element javlja u više oblika koji se razlikuju po broju atoma u molekulu ili strukturnoj formuli molekula.[1][2] Alotropi su različite strukturne modifikacije elementa: atomi elementa su međusobno povezani na različite načine.[3] Na primer, alotropi ugljenika[4] uključuju dijamant[5][6][7] (atomi ugljenika su povezani zajedno da formiraju kubnu rešetku tetraedara), grafit (atomi ugljenika su povezani zajedno u listove heksagonalne rešetke), grafen (pojedinačni listovi grafita) i fulereni (atomi ugljenika su povezani zajedno u sferne, cevaste ili elipsoidne formacije).

Termin alotropija se koristi samo za elemente, a ne za jedinjenja. Opštiji termin, koji se koristi za bilo koje jedinjenje, je polimorfizam, iako je njegova upotreba obično ograničena na čvrste materijale kao što su kristali. Alotropija se odnosi samo na različite oblike elementa unutar iste fizičke faze (stanje materije, kao što je čvrsta, tečna ili gasna). Razlike između ovih stanja materije ne predstavljaju primer alotropije. Alotropi hemijskih elemenata se često nazivaju polimorfima ili fazama elementa.

Za neke elemente, alotropi imaju različite molekularne formule ili različite kristalne strukture, kao i razliku u fizičkoj fazi; na primer, dva alotropa kiseonika (dioksigen, O2 i ozon, O3) mogu postojati u čvrstom, tečnom i gasovitom stanju. Ostali elementi ne održavaju različite alotrope u različitim fizičkim fazama; na primer, fosfor ima brojne čvrste alotrope, koji se svi vraćaju u isti oblik P4 kada se rastopi u tečno stanje.

Istorija[uredi | uredi izvor]

Prvu ideju o alotropiji predložio je 1841. godine švedski naučnik Jakob Berliuz (1779—1848).[8][9] Izraz alotropija potiče od grčke reči allotropia, što znači različitost, promenljivost.[10] Nakon prihvatanja Avogadrovog zakona 1860. godine bilo je jasno da elementi mogu postojati kao višeatomni molekuli, i dva alotropa kiseonika su priznati (O2 i O3).[9] Na početku 20. veka otkriveno je da i drugi elementi kao što je ugljenik imaju alotrope zbog razlika u kristalnoj strukturi.

Godine 1912. Ostvald, nemački hemičar, primetio je da je alotropija elemenata samo poseban slučaj polimorfizma tih supstanci, i odlučio da prekine upotrebu izraza "alotropija" i umesto toga koristi izraze "polimorf" i "polimorfizam". Iako su mnogi hemičari prihvatili ovaj savet i ponavljali ga drugima, IUPAC i većina knjiga o hemiji i dalje koristi termin alotropije.[11][9] Although many other chemists have repeated this advice, IUPAC and most chemistry texts still favour the usage of allotrope and allotropy for elements only.[12]

Razlike između osobina alotropa jednog elementa[uredi | uredi izvor]

Alotropi su različite forme istog elementa i mogu da iskažu veoma različite fizičke osobine i hemijske reakcije i ponašanja. Razlika između alotropskih formi bazira se na istim silama koje utiču i na druge strukture, na primer svetlo, pritisak i temperatura. Stabilnost nekih alotropa zavisi od uslova sredine. Na primer, gvožđe se menja od ferita do austenita iznad 906 °C. Kalaj u transformaciji prelazi iz metalne forme u polu-provodnik ispod 13,2 °C. Primer različitog hemijskog ponašanja alotropa su (di)kiseonik(O2) i ozon (O3). Ozon je mnogo jači oksidans od kiseonika.

Nemetali[uredi | uredi izvor]

Kiseonik[uredi | uredi izvor]

Kiseonik ima nekoliko alotropskih modifikacija.

  • Dikiseonik O2 - Bezbojan gas koji se nalazi u vazduhu
  • Ozon O3 - Plavičast, formira ozonski omotač
  • Tetrakiseonik (ili oksozon) O4 - metastabilan
  • Oktakiseonik O8 - crvene boje, specifične gustine

Ugljenik[uredi | uredi izvor]

Alotropske modifikacije ugljenika se razlikuju po strukturi molekula i strukturi kristalne rešetke.

  • Amorfni ugljenik - atomi ugljenika nisu povezani u kristalnu rešetku.
  • Dijamant - veoma čvrst, jedna od najtvrđih supstanca u prirodi. Atomi ugljenika su raspoređeni u tetraedar. Slabo provodi struju, međutim odlično provodi toplotu.
  • Grafit - Crn i mekan, u čvrstom agregatnom stanju. Atomi ugljenika su raspoređeni u ravni, a zatim se ti slojevi "pakuju". Baš ova slojevitost uzrokuje mekoću grafita.
  • Fuleren - atomi ugljenika raspoređeni su sferno, na primer bukminsterfuleren (C60).
  • Nanotube (nanocev) - alotrop ugljenika sa cilindričnom strukturom.

Fosfor[uredi | uredi izvor]

  • Beli fosfor P4 - čvrst, veoma reaktivan, bele boje
  • Crveni fosfor - nastaje od belog fosfora, manje reaktivan
  • Ljubičast i crni fosfor Pn

Sumpor[uredi | uredi izvor]

Postoji veliki broj alotropa sumpora, najpoznatiji su

Metaloidi[uredi | uredi izvor]

Bor[uredi | uredi izvor]

  • Amorfni bor (B12) - prah braon boje
  • α-romoboedarski bor
  • β-romoboedarski bor
  • γ-romoboedarski bor
  • α-tetragonalni bor
  • β-tetragonalni bor
  • Superprovodna faza (pod velikim pritiskom)

Silicijum[uredi | uredi izvor]

Arsen[uredi | uredi izvor]

  • Žuti arsen (As4) - molekularni nemetalni arsenik, sa istom strukturom kao i beli fosfor
  • Sivi arsen - metaloid, polimerni As
  • Crni arsen - molekularni nemetalni arsenik, sa istom strukturom kao crveni fosfor

Germanijum[uredi | uredi izvor]

  • α-germanijum - polumetal, ista struktura kao dijamant
  • β-germanijum - metalan, ista struktura kao β-kalaj

Antimon[uredi | uredi izvor]

  • plavo-beli antimon - metaloid, stabilna forma, ista struktura kao i sivi arsenik
  • žuti antimon - nemetalan
  • crni antimon - nemetalan
  • eksplozivni antimon

Polonijum[uredi | uredi izvor]

  • α-polonijum - metalan, kubična struktura
  • β-polonijum - romboedarska struktura

Nanoalotropi[uredi | uredi izvor]

Koncept nanoalotropije je predložio 2017. godine profesor Rafal Klajn iz Odeljenja organske hemije pri Vajcmanovom naučnom institutu.[13] Nanoalotropi, ili alotropi nanomaterijala, su nanoporozni materijali koji imaju istu hemijsku kompoziciju (npr., Au), ali se razlikuju po njihovoj arhitekturi na nanoskali (to jest, na skali od 10 do 100 puta dimenzije pojedinačnih atoma).[14] Takvi nanoalotripi mogu da pomognu pri stvaranju ultra malih elektronskih uređaja i pronalaženju drugih industrijskih aplikacija.[14] Različite arhitekture nanočestica imaju za posledicu različita svojstva, kao što je pokazano površinski pojačanom Ramanovom spektroskopijom primenjenom na nekoliko različitih nanoalotropa zlata.[13] Takođe je kreirana dvostepena metoda za generisanje nanoalotropa.[14]

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Allotrope in IUPAC Compendium of Chemical Terminology, Electronic/ version, http://goldbook.iupac.org/A00243.html. Accessed March 2007.
  2. ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. izd.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6. 
  3. ^ IUPAC. „Allotrope”. Kompendijum hemijske terminologije (Internet izdanje).
  4. ^ Hoffmann, R.; Kabanov, A.; Golov, A.; Proserpio, D. (2016). „Homo citans and carbon allotropes: For an ethics of citation”. Angewandte Chemie. 55 (37): 10962—10976. PMC 5113780 Slobodan pristup. PMID 27438532. doi:10.1002/anie.201600655. 
  5. ^ Bundy, P.; Bassett, W. A.; Weathers, M. S.; Hemley, R. J.; Mao, H. K.; Goncharov, A. F. (1996). „The pressure-temperature phase and transformation diagram for carbon; updated through 1994”. Carbon. 34 (2): 141—153. doi:10.1016/0008-6223(96)00170-4. 
  6. ^ Wang, C. X.; Yang, G. W. (2012). „Thermodynamic and kinetic approaches of diamond and related nanomaterials formed by laser ablation in liquid”. Ur.: Yang, Guowei. Laser ablation in liquids: principles and applications in the preparation of nanomaterials. Pan Stanford Pub. str. 164—165. ISBN 978-981-4241-52-6. 
  7. ^ Mary Anne White; et al. (24. 9. 2020). „The Relative Thermodynamic Stability of Diamond and Graphite”. Angewandte Chemie. 60 (3): 1546—1549. PMID 32970365. S2CID 221888151. doi:10.1002/anie.202009897. 
  8. ^ See:
    • Berzelius, Jac. (1841). Årsberättelse om Framstegen i Fysik och Kemi afgifven den 31 Mars 1840. Första delen. [Annual Report on Progress in Physics and Chemistry submitted March 31, 1840. First part.] (na jeziku: Swedish). Stockholm, Sweden: P.A. Norstedt & Söner. str. 14.  From p. 14: "Om det ock passar väl för att uttrycka förhållandet emellan myrsyrad ethyloxid och ättiksyrad methyloxid, så är det icke passande för de olika tillstånd hos de enkla kropparne, hvari dessa blifva af skiljaktiga egenskaper, och torde för dem böra ersättas af en bättre vald benämning, t. ex. Allotropi (af αλλότροπος, som betyder: af olika beskaffenhet) eller allotropiskt tillstånd." (If it [i.e., the word isomer] is also well suited to express the relation between formic acid ethyl oxide [i.e., ethyl formate] and acetic acid methyloxide [i.e., methyl acetate], then it [i.e., the word isomers] is not suitable for different conditions of simple substances, where these [substances] transform to have different properties, and [therefore the word isomers] should be replaced, in their case, by a better chosen name; for example, Allotropy (from αλλότροπος, which means: of different nature) or allotropic condition.)
    • Republished in German: Berzelius, Jacob; Wöhler, F., trans. (1841). „Jahres-Bericht über die Fortschritte der physischen Wissenschaften” [Annual Report on Progress of the Physical Sciences]. Jahres Bericht Über die Fortschritte der Physischen Wissenschaften (na jeziku: German). Tübingen, (Germany): Laupp'schen Buchhandlung. 20: 13.  From p. 13: "Wenn es sich auch noch gut eignet, um das Verhältniss zwischen ameisensaurem Äthyloxyd und essigsaurem Methyloxyd auszudrücken, so ist es nicht passend für ungleiche Zustände bei Körpern, in welchen diese verschiedene Eigenschaften annehmen, und dürfte für diese durch eine besser gewählte Benennung zu ersetzen sein, z. B. durch Allotropie (von αλλότροπος, welches bedeutet: von ungleicher Beschaffenheit), oder durch allotropischen Zustand." (Even if it [i.e., the word isomer] is still well suited to express the relation between ethyl formate and methyl acetate, then it is not appropriate for the distinct conditions in the case of substances where these [substances] assume different properties, and for these, [the word isomer] may be replaced with a better chosen designation, e.g., with Allotropy (from αλλότροπος, which means: of distinct character), or with allotropic condition.)
    • Merriam-Webster online dictionary: Allotropy
  9. ^ a b v Jensen, W. B. (2006), „The Origin of the Term Allotrope”, J. Chem. Educ., 83 (6): 838—39, Bibcode:2006JChEd..83..838J, doi:10.1021/ed083p838 .
  10. ^ „allotropy”, A New English Dictionary on Historical Principles, 1, Oxford University Press, 1888, str. 238 
  11. ^ Ostwald, Wilhelm; Taylor, W.W., trans. (1912). Outlines of General Chemistry (3rd izd.). London, England: Macmillan and Co., Ltd. str. 104.  From p. 104: "Substances are known which exist not only in two, but even in three, four or five different solid forms; no limitation to the number is known to exist. Such substances are called polymorphous. The name allotropy is commonly employed in the same connexion, especially when the substance is an element. There is no real reason for making this distinction, and it is preferable to allow the second less common name to die out."
  12. ^ Jensen 2006, citing Addison, W. E. The Allotropy of the Elements (Elsevier 1964) that many have repeated this advice.
  13. ^ a b Udayabhaskararao, Thumu; Altantzis, Thomas; Houben, Lothar; Coronado-Puchau, Marc; Langer, Judith; Popovitz-Biro, Ronit; Liz-Marzán, Luis M.; Vuković, Lela; Král, Petr (27. 10. 2017). „Tunable porous nanoallotropes prepared by post-assembly etching of binary nanoparticle superlattices”. Science (na jeziku: engleski). 358 (6362): 514—518. Bibcode:2017Sci...358..514U. ISSN 0036-8075. PMID 29074773. S2CID 4771315. doi:10.1126/science.aan6046. 
  14. ^ a b v „Materials That Don't Exist in Nature Might Lead to New Fabrication Techniques”. israelbds.org (na jeziku: engleski). Arhivirano iz originala 09. 12. 2017. g. Pristupljeno 8. 12. 2017. 

Literatura[uredi | uredi izvor]

  • Addison, W. E. (1964). The Allotropy of the Elements. London, U.K.: Oldbourne Press.
  • Aldersey-Williams, Hugh (1995). The Most Beautiful Molecule. An Adventure in Chemistry. London, U.K.: Aurum Press.
  • Baggott, Jim (1994). Perfect Symmetry: The Accidental Discovery of Buckminsterfullerene. Oxford, U.K.: Oxford University Press.
  • Bailar, John C., Jr.; Emeléus, Harry J.; Nyholm, Ronald; Trotman-Dickenson, Aubrey F., eds. (1973). Comprehensive Inorganic Chemistry. Oxford, U.K.: Pergamon Press.
  • Cotton, F. Albert, and Wilkinson, Geoffrey (1999). Advanced Inorganic Chemistry , 6th edition. New York: Wiley-Interscience.
  • Donohue, Jerry (1974). The Structure of the Elements. New York: Wiley-Interscience.
  • Emsley, John (1991). The Elements. Oxford, U.K.: Clarendon Press.
  • Emsley, John (2000). The Shocking History of Phosphorus. A Biography of the Devil's Element. London, U.K.: Macmillan.
  • Greenwood, Norman N., and Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements , 2nd edition. Boston: Butterworth-Heinemann, 1997.
  • Housecroft, Catherine E., and Constable, Edwin C. (2002). Chemistry. An Introduction to Organic, Inorganic and Physical Chemistry. 2nd edition. Harlow, U.K.: Prentice Hall.
  • Lee, John D. (1991). Concise Inorganic Chemistry , 4th edition. London, U.K.: Chapman and Hall.
  • Taylor, Roger, ed. (1995). The Chemistry of Fullerenes. River Edge, NJ: World Scientific.

Spoljašnje veze[uredi | uredi izvor]

Alotropska modifikacija na Vikimedijinoj ostavi.
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Алотропска_модификација&oldid=27554869”