Allotropy

Diamant et le graphite sont deux formes allotropiques du carbone: formes pures du même élément qui diffèrent en structure.

Allotropy est la propriété de certains éléments chimiques pour être en mesure de prendre deux ou plusieurs formes différentes, où les atomes sont disposés différemment par des liaisons chimiques . Les formes sont connus comme allotropes de cet élément. Le phénomène de allotropie est parfois aussi appelé allotropism. Par exemple, le carbone a deux forme physico-chimique: diamant , où les atomes de carbone sont liés ensemble dans un tétraédrique agencement en treillis, et graphite, où les atomes de carbone sont liés ensemble dans des feuilles d'un réseau hexagonal.

Le mot vient de allotropie les grecs allos, qui signifie «autres», et tropos, «manière».

Allotropy se réfère uniquement à des formes différentes d'un élément à l'intérieur de la même phase ou état de la matière (ce est à dire différents solides , liquides ou gaz formes). Changements d'état (entre solides, liquides et gaz) ne sont pas considérés allotropie. Certains éléments ont allotropes qui persistent dans différentes phases - par exemple, les deux allotropes de l'oxygène ( dioxygène, O ₂ et l'ozone , O _3), peut exister à la fois dans le solide, le liquide et l'état gazeux. Autres éléments maintenir allotropes distinctes que dans certaines phases - par exemple le phosphore a beaucoup allotropes solides, qui ont tous revenir à la même P ₄ forme lorsqu'il est fondu à l'état liquide.

Histoire

Le concept de allotropie a été initialement proposé en 1841 par le scientifique suédois Baron Jons Jakob Berzelius (1779-1848) qui a offert aucune explication. Après l'acceptation de L'hypothèse d'Avogadro en 1860 il a été entendu que les éléments pourraient exister en tant que molécules polyatomiques, et les deux allotropes d'oxygène ont été reconnus comme O ₂ et O _3. Au début du 20e siècle, il a été reconnu que d'autres cas tels que le carbone étaient dues à des différences dans la structure cristalline.

En 1912, Ostwald a noté que le allotropie d'éléments est qu'un cas particulier du phénomène de polymorphisme connu pour les composés, et a proposé que les termes allotrope et allotropie être abandonnés et remplacés par polymorphe et le polymorphisme. Bien que de nombreux autres chimistes ont répété ce conseil, IUPAC et la plupart des textes de chimie favorisent encore l'utilisation de allotrope et allotropie pour les éléments seulement.

Les différences dans les propriétés des allotropes d'un élément

Allotropes existe différentes formes structurelles d'un même élément et peuvent présenter des propriétés physiques très différentes et des comportements chimiques. Le changement entre les formes allotropiques est déclenché par les mêmes forces qui affectent d'autres structures, ce est- la pression, lumière et température . Par conséquent la stabilité des formes allotropiques particulier dépend des conditions particulières. Par exemple, le fer passe d'un structure cubique centrée (Ferrite) à un structure cubique face centrée ( austénite) au-dessus de 906 ° C, et l'étain subit une transformation dite l'étain à partir d'un ravageur métallique de phase à un semi-conducteurs de phase ci-dessous 13,2 ° C.

Liste des allotropes

Typiquement, des éléments capables de variables nombre de coordination et / ou états d'oxydation ont tendance à présenter un plus grand nombre de formes allotropiques. Un autre facteur est la capacité d'un élément de catenate. Allotropes sont généralement plus perceptible dans non-métaux et métalloïdes. Néanmoins, les métaux ont tendance à avoir de nombreux allotropes.

Des exemples de allotropes comprennent:

Non-métaux

Carbon:

• diamants -, un cristal transparent extrêmement difficile, avec les atomes de carbone disposés en un treillis tétraédrique. Un mauvais conducteur électrique. Un excellent conducteur thermique.
• graphite - un doux, noir, solide floconneux, un conducteur électrique modérée. Les atomes de carbone sont liés en réseaux hexagonaux plats, qui sont ensuite stratifiés en feuilles.
• carbone amorphe
• fullerènes, y compris " fullerènes ", tels que C _60, et des nanotubes de carbone

Phosphore:

• Le phosphore blanc - P cristallin solide ₄
• Le phosphore rouge - solide polymère
• Phosphore Scarlet
• phosphore Violet
• Phosphore Noir - semi-conducteur, analogue à graphite
• Diphosphore

Oxygène:

• dioxygène, O ₂ - incolore
• ozone , O ₃ - bleu
• Tétraoxygène, O ₄ - métastable
• octaoxygen, O ₈ - rouge

Azote :

• diazote
• tetranitrogen
• trinitrogen
• deux formes solides: une hexagonale compacte et l'autre alpha cube

Soufre:

• Plastique (amorphe) de soufre - solide polymère
• Le soufre rhombique - gros cristaux composés de S ₈ molécules
• Soufre Monoclinique - cristaux fins comme des aiguilles
• D'autres molécules cycliques tels que la S ₇ et S ₁₂

Sélénium :

• «Sélénium rouge», cyclo-Se _huit
• Sélénium gris, Se polymérique
• Sélénium noir

Métalloïdes

Bore

• bore amorphe - poudre brune
• bore cristallin - noir, dur (9,3 sur l'échelle de Mohs), et un conducteur faible à la température ambiante.

Silicium

• silicium amorphe - poudre brune
• silicium nanocristallin - similaire au silicium amorphe
• silicium cristallin - a un éclat métallique et une couleur grisâtre. Des monocristaux de silicium cristallin peuvent être cultivées par un procédé connu comme le procédé Czochralski

Arsenic :

• Jaune arsenic - non métallique moléculaire ₄
• Arsenic Gray, Comme polymère (métalloïde)
• Arsenic noir (métalloïde) et plusieurs autres semblables.

Antimoine :

• antimoine bleu-blanc - la forme stable (métalloïde)
• antimoine jaune (non métallique)
• le noir d'antimoine (non métallique)
• (Un quart une trop)

Le polonium a deux allotropes métalliques.

Métaux

Étain

• gris étain (alpha-étain)
• étain blanc (beta étain)
• étain rhombique (gamma)

Fer

• ferrite (fer alpha) - formulaires ci-dessous 770 ° C (le point de Curie, Tc); le fer devient magnétique dans sa forme alpha; BCC
• bêta - formulaires ci-dessous 912 ° C (BCC)
• gamma - formulaires ci-dessous 1 401 ° C; cube (FCC) structure cristalline centrée visage
• delta - formes de refroidissement fer fondu ci-dessous 1 535 ° C; a un (BCC) cubique structure cristalline centrée sur le corps

Titanium a deux allotropes

Strontium a trois allotropes

Lantanides et les actinides

• Le plutonium a six allotropes solides distinctes sous des pressions "normaux". Leurs densités varient dans un rapport d'environ 4: 3, ce qui complique considérablement toutes sortes de travaux avec le métal (en particulier le moulage, l'usinage et de stockage). Un plutonium septième allotrope existe à des pressions très élevées, ce qui ajoute de nouvelles difficultés dans les applications exotiques.

• Ytterbium a trois allotropes

• Terbium a deux allotropes cristallines

• Promethium a deux formes allotropiques

• Curium a trois allotropes (également américium , Berkelium , Californium faire)

Diagramme de phase des éléments actinides.