allotropi - Allotropy
Allotropi veya allotropism (gelen eski Yunanca ἄλλος (allos) 'diğer' ve τρόπος (Tropos) 'şekilde, form') bir özelliğidir kimyasal elementlerin aynı fiziksel olarak, iki ya da daha fazla farklı formlarda var olduğu durum olarak bilinen, elementlerin allotropları . Allotroplar, bir elementin farklı yapısal modifikasyonlarıdır; atomlar elemanının edilir bağlanmış farklı bir şekilde bir araya. Örneğin, karbonun allotropları arasında elmas (karbon atomları dört yüzlü bir kafes düzeninde birbirine bağlanır ), grafit (karbon atomları altıgen bir kafes tabakalarında birbirine bağlanır ), grafen (tek grafit tabakaları) ve fullerenler ( karbon atomları küresel, boru şeklinde veya elipsoidal oluşumlarda birbirine bağlanır).
Allotropi terimi , bileşikler için değil, sadece elementler için kullanılır . Herhangi bir bileşik için kullanılan daha genel terim, kullanımı genellikle kristaller gibi katı malzemelerle sınırlı olmasına rağmen , polimorfizmdir . Allotropi, yalnızca aynı fiziksel faz içindeki bir elementin farklı formlarını ifade eder ( katı , sıvı veya gaz gibi maddenin durumu ). Maddenin bu halleri arasındaki farklılıklar tek başına allotropi örnekleri oluşturmaz. Kimyasal elementlerin allotropları sıklıkla polimorflar veya elementin fazları olarak adlandırılır .
Bazı elementler için, allotropların farklı moleküler formülleri veya farklı kristal yapıları ve ayrıca fiziksel faz farkı vardır; örneğin oksijenin iki allotropu ( dioksijen , O 2 ve ozon , O 3 ) hem katı, hem sıvı hem de gaz halinde mevcut olabilir. Diğer elementler, farklı fiziksel fazlarda farklı allotropları korumaz; Örneğin, fosfor sahip çok sayıda katı allotropes aynı P bütün geri dönme eğilimi, 4 şeklinde sıvı hale gelene kadar eritilir.
Tarih
Allotropi kavramı ilk olarak 1840 yılında İsveçli bilim adamı Baron Jöns Jakob Berzelius (1779-1848) tarafından önerildi . Terim, Yunanca άλλοτροπἱα (allotropia) 'değişkenlik, değişebilirlik' kelimesinden türetilmiştir . 1860 yılında Avogadro'nun hipotezinin kabul edilmesinden sonra, elementlerin çok atomlu moleküller olarak var olabileceği anlaşıldı ve oksijenin iki allotropu O 2 ve O 3 olarak kabul edildi . 20. yüzyılın başlarında, karbon gibi diğer durumların kristal yapıdaki farklılıklardan kaynaklandığı kabul edildi.
1912'de Ostwald , elementlerin allotropisinin, bileşikler için bilinen polimorfizm olgusunun sadece özel bir durumu olduğunu kaydetti ve allotrop ve allotropi terimlerinin terk edilmesini ve polimorf ve polimorfizm ile değiştirilmesini önerdi. Diğer birçok kimyager bu tavsiyeyi tekrarlamış olsa da, IUPAC ve çoğu kimya metni hala allotrop ve allotropinin sadece elementler için kullanılmasını desteklemektedir.
Bir elementin allotroplarının özelliklerindeki farklılıklar
Allotroplar, aynı elementin farklı yapısal formlarıdır ve oldukça farklı fiziksel özellikler ve kimyasal davranışlar sergileyebilir. Allotropik formlar arasındaki değişim, basınç , ışık ve sıcaklık gibi diğer yapıları etkileyen aynı kuvvetler tarafından tetiklenir . Bu nedenle, belirli allotropların kararlılığı belirli koşullara bağlıdır. Örneğin, demir , bir gelen değişiklikler hacim merkezli kübik yapısı ( ferrit a) yüzey merkezli kübik yapısı ( ostenit 906 ° C üzerinde) ve kalay maruz olarak bilinen bir modifikasyon kalay haşereye bir mesafede , metalik bir form yarı iletken 13.2 aşağıdaki formu ° C (55.8 °F). Farklı kimyasal davranışlara sahip allotroplara bir örnek olarak ozon (O 3 ), dioksijenden (O 2 ) çok daha güçlü bir oksitleyici ajandır .
allotropların listesi
Tipik olarak, değişken koordinasyon sayısına ve/veya oksidasyon durumlarına sahip olan elementler, daha fazla sayıda allotropik form sergileme eğilimindedir. Katkıda bulunan diğer bir faktör, bir elementin katatet etme yeteneğidir .
Allotrop örnekleri şunları içerir:
metal olmayanlar
eleman | allotroplar |
---|---|
Karbon |
|
Fosfor |
|
Oksijen |
|
Kükürt |
|
Selenyum |
|
metaloidler
eleman | allotroplar |
---|---|
Bor |
|
Silikon |
|
Germanyum |
|
Arsenik |
|
Antimon |
|
Tellür |
|
metaller
Doğada önemli miktarlarda (56'dan U'ya kadar, Tc ve Pm olmadan) oluşan metalik elementlerin neredeyse yarısı (27) ortam basıncında allotropiktir: Li, Be, Na, Ca, Ti, Mn, Fe, Co, Sr, Y, Zr, Sn, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Yb, Hf, Tl, Th, Pa ve U. Teknolojik olarak ilgili metallerin allotropik formları arasındaki bazı faz geçişleri Ti'ninkilerdir. 882 °C'de, Fe 912 °C ve 1394 °C'de, Co 422 °C'de, Zr 863 °C'de, Sn 13 °C'de ve U 668 °C ve 776 °C'de.
eleman | Faz adları | Uzay grubu | Pearson sembolü | Yapı türü | Açıklama |
---|---|---|---|---|---|
Lityum | R 3 m | hR9 | α- Samaryum yapısı | 70 K'nin altındaki formlar. | |
Im 3 m | cI2 | Gövde merkezli kübik | Oda sıcaklığında ve basıncında kararlıdır. | ||
cF4 | Yüz merkezli kübik | 7GPa'nın üzerindeki formlar | |||
hR1 | ~40GPa bir ara faz oluştu. | ||||
cI16 | 40GPa'nın üzerindeki formlar. | ||||
Berilyum | P6 3 /mm | hP2 | Altıgen yakın paketlenmiş | Oda sıcaklığında ve basıncında kararlıdır. | |
Im 3 m | cI2 | Gövde merkezli kübik | 1255 °C'nin üzerinde formlar. | ||
Sodyum | R 3 m | hR9 | α- Samaryum yapısı | 20 K'nin altındaki formlar. | |
Im 3 m | cI2 | Gövde merkezli kübik | Oda sıcaklığında ve basıncında kararlıdır. | ||
Fm 3 m | cF4 | Yüz merkezli kübik | 65 GPa'nın üzerindeki oda sıcaklığında oluşur. | ||
ben 4 3d | cI16 | Oda sıcaklığında, 108GPa'da oluşur. | |||
Pnma | oP8 | Oda sıcaklığında, 119GPa'da oluşur. | |||
Magnezyum | P6 3 /mm | hP2 | altıgen yakın paketlenmiş | Oda sıcaklığında ve basıncında kararlıdır. | |
Im 3 m | cI2 | Gövde merkezli kübik | 50 GPa'nın üzerindeki formlar. | ||
Teneke | α-kalay, gri kalay , kalay haşere | Fd 3 m | cF8 | elmas kübik | 13.2 °C'nin altında kararlıdır. |
β-kalay, beyaz kalay | I4 1 / amd | tI4 | β-Kalay yapısı | Oda sıcaklığında ve basıncında kararlıdır. | |
γ-kalay, eşkenar dörtgen kalay | 4/mmmm | Vücut merkezli tetragonal | |||
σ-Sn | Gövde merkezli kübik | Çok yüksek basınçta oluşur. | |||
Stanene | |||||
Demir | α-Fe, ferrit | Im 3 m | cI2 | Gövde merkezli kübik | Oda sıcaklığında ve basıncında kararlıdır. T<770 °C'de ferromanyetik , T =770–912 °C'den itibaren paramanyetik . |
y-demir, östenit | Fm 3 m | cF4 | Yüz merkezli kübik | 912 ila 1.394 °C arasında stabildir. | |
δ-demir | Im 3 m | cI2 | Gövde merkezli kübik | 1.394 – 1.538 °C arasında kararlı, α-Fe ile aynı yapı. | |
ε-demir, Heksaferrum | P6 3 /mm | hP2 | Altıgen kapalı | Yüksek basınçlarda kararlıdır. | |
Kobalt | α-Kobalt | basit kübik | 417 °C'nin üzerinde formlar. | ||
β-Kobalt | altıgen yakın paketlenmiş | 417 °C'nin altında formlar. | |||
Polonyum | α-Polonyum | basit kübik | |||
β-Polonyum | eşkenar dörtgen |
Lantanitler ve aktinitler
- Seryum , samaryum , disprosyum ve iterbiyumun üç allotropu vardır.
- Praseodimyum , neodimyum , gadolinyum ve terbiyumun iki allotropu vardır.
- Plütonyum , "normal" basınçlar altında altı farklı katı allotropa sahiptir. Yoğunlukları, metalle her türlü çalışmayı (özellikle döküm, işleme ve depolama) büyük ölçüde karmaşıklaştıran 4:3 oranında değişir. Yedinci bir plütonyum allotropu çok yüksek basınçlarda bulunur. Transuranyum metalleri Np, Am ve Cm de allotropiktir.
- Promethium , americium , berkelium ve californium'un her biri üç allotropa sahiptir.
nanoallotroplar
2017 yılında nanoallotropi kavramı Weizmann Bilim Enstitüsü Organik Kimya Bölümü'nden Prof. Rafal Klajn tarafından önerildi . Nanoallotroplar veya nanomalzemelerin allotropları, aynı kimyasal bileşime (örneğin, Au) sahip olan ancak nano ölçekte mimarileri bakımından farklılık gösteren (yani, bireysel atomların boyutlarının 10 ila 100 katı bir ölçekte) nanogözenekli malzemelerdir. Bu tür nanoallotroplar, ultra küçük elektronik cihazlar oluşturmaya ve diğer endüstriyel uygulamaları bulmaya yardımcı olabilir. Farklı nano ölçekli mimariler , birkaç farklı altın nanoallotropu üzerinde gerçekleştirilen yüzeyle güçlendirilmiş Raman saçılması için gösterildiği gibi, farklı özelliklere dönüşür. Nanoallotropların üretilmesi için iki aşamalı bir yöntem de oluşturuldu.
Ayrıca bakınız
Notlar
Referanslar
- Chisholm, Hugh, ed. (1911). Ansiklopedi Britannica (11. baskı). Cambridge Üniversitesi Yayınları. .
Dış bağlantılar
- Nigel Bunce ve Jim Hunt. "Bilim Köşesi: Allotroplar" . 31 Ocak 2008 tarihinde kaynağından arşivlendi . 6 Ocak 2017'de alındı .CS1 bakım: bot: orijinal URL durumu bilinmiyor ( bağlantı )
- Allotroplar – Kimya Ansiklopedisi