Алотропія. Алотропні модифікації речовин неметалічних елементів. �

​

Алотропія (від гр. ἄλλος, állos — інший і τρόπος, trópos — властивість) - явище існування хімічного елемента у вигляді двох або кількох простих речовин, різних за властивостями і будовою.

​

​

Термін увів Я. Берцеліус у 1841 р.

​

​

Алотропія — існування одного хімічного елемента у вигляді кількох простих речовин (алотропних модифікацій або алотропних форм).

1. Поняття про явище алотропії�

Існує дві причини алотропії: �— різний кількісний склад речовин; �— різна будова речовин, утворених з атомів одного хімічного елемента.�

2. Будова неметалів�

• Частина неметалів має атомну будову.
• З окремих атомів складаються інертні гази — гелій, неон, аргон, криптон, ксенон і радон.
• У графіті, алмазі, силіції, борі, червоному фосфорі атоми сполучені один з одним.

​

• Інші неметали — молекулярні речовини.
• Існують неметали, які складаються із двохатомних молекул. (Назвіть ці речовини.)
• Більша кількість атомів міститься в молекулах озону О₃, білого фосфору Р₄, сірки S₈.
• Атоми в неметалах сполучені ковалентними неполярними зв’язками — простими, іноді подвійними, потрійними.

​

- Алотропні модифікації Оксигену �

• Кисень:
• • за звичайних умов газ без кольору, смаку та запаху, рідкий кисень — рухома блідо-блакитна рідина, твердий — сині кристали;
• • розчинність у воді: за 0°С в 1 л води розчиняється 4,9 мл кисню, за 20°С — 3,1 мл;
• • густина за нормальних умов 1,43 г/л;
• • t_пл = - 183°С, t_кип = - 219°С;
• • парамагнітний: рідкий та твердий кисень притягуються магнітом.

- Алотропні модифікації Оксигену

• Озон:
• • блакитний газ із різким характерним «металічним» запахом, рідкий озон має темно-синій колір, твердий — чорно-фіолетовий;
• • розчинність у воді: за 0°С в 1 л води розчиняється 49,4мл озону, за 25°С — 45,4 мл;
• • густина за нормальних умов 2,14 г/л;
• • t_пл = - 112°С, t_кип = - 197°С;
• • виявляє слабкі парамагнітні властивості.

​

Порівняльна таблиця складу і властивостей кисню й озону�

- Алотропні модифікації Сульфуру �

• Ромбічна сірка:
• • світло-жовтий порошок або яскраво-жовті кристали з молекулярними кристалічними ґратками;
• • крихка;
• • нерозчинна у воді, розчиняється в органічних розчинниках (етанол, хлороформ, бензен тощо);
• • густина 2,07 г/см³;
• • t_пл = 112,8°С, t_кип = 444,5°С;
• • стабільна за температури менше 95,4°С.

- Алотропні модифікації Сульфуру

• Моноклінна сірка:
• • темно-жовті голки з молекулярними кристалічними ґратками;
• • крихка;
• • нерозчинна у воді, розчиняється в неполярних органічних розчинниках (гексан, хлороформ, бензен тощо);
• • густина 1,96 г/см³;
• • t_пл = 119,3°С, t_кип = 444,5°С;
• • стабільна за температури вище 95,4°С, за меншої температури перетворюється на ромбічну сірку.

- Алотропні модифікації Сульфуру

• Пластична сірка:
• • темно-коричнева або темно-жовта аморфна речовина;
• • еластична, гумоподібна;
• • нерозчинна;
• • густина 1,92 г/см³;
• • плавиться в діапазоні температур, t_кип = 445 °С;
• • нестабільна, протягом кількох годин стає крихкою і перетворюється на ромбічну

​

а - Ромбічна сірка, б - Моноклінна сірка, в - Пластична сірка

- Алотропні модифікації Фосфору

• Білий фосфор Р₄
• • Безбарвний, воскоподібний, на світлі швидко жовтіє і втрачає прозорість;
• • м’який, можна розрізати ножем;
• • має молекулярні кристалічні ґратки з тетраедричними молекулами Р₄ у вузлах; .
• • t_пл = 44 1°С;
• • нерозчинний у воді, розчиняється в органічних розчинниках;
• • густина 1,82 г/см³;
• • вогненебезпечний, займається навіть від теплоти людського тіла, тому його зберігають під шаром води;
• • на повітрі повільно окиснюється, майже вся енергія цієї екзотермічної реакції виділяється у вигляді світла, яке видно в темряві;
• • отруйний, смертельна доза для дорослої людини близько 0,05-0,1 г;
• • утворюється з червоного фосфору під час тривалого нагрівання за температури 240-250 °С в інертній атмосфері.

- Алотропні модифікації Фосфору

• Червоний фосфор (Р₄) _∞
• • Аморфний червоно-фіолетовий порошок залежно від ступеня подрібнення може бути від пурпурово-червоного до фіолетового кольору, тому червоний фосфор іноді називають фіолетовим;
• • крихкий, має атомні кристалічні ґратки;
• • температури плавлення не має, за температури 240-250 °С сублімує і перетворюється на випари білого фосфору;
• • густина 2,4 г/см³;
• • неотруйний;
• • хімічно менш активний за білий, його можна зберігати на повітрі;
• • під час зберігання на повітрі поступово окиснюється з утворенням гігроскопічного оксиду, поглинає воду з повітря і відволожується, тому його необхідно зберігати в герметичному посуді;
• • утворюється з білого фосфору під час несильного тривалого нагрівання.

- Алотропні модифікації Фосфору

• Чорний фосфор Р_∞
• • Чорна речовина з металічним блиском, жирна на дотик (схожа на графіт);
• • має атомні кристалічні ґратки, що складаються із шарів атомів Фосфору;
• • t_пл = 1000 °С за тиску 18 атм.;
• • не розчиняється в жодному розчиннику і важко вступає в хімічні реакції;
• • густина 2,69 г/см³;
• • виявляє напівпровідникові властивості;
• • неотруйний;
• • утворюється за високого тиску (20 тис. атм.) із білого й червоного фосфору.

- Алотропні модифікації Фосфору

• Металічний фосфор
• • Сіра речовина з металічним блиском;
• • густина 3,56 г/см³;
• • проводить електричний струм;
• • утворюється з чорного під тиском близько 1 млн. атм.

а - Білий фосфор, б - Червоний фосфор, в - Чорний фосфор�

- Алотропні модифікації Карбону

Природні:

• Алмаз
• Графіт
• Фулерен
• Вуглецеві нанотрубки

Штучні:

• Карбін
• Графен
• аморфний вуглець у вигляді сажі та деревного вугілля.

- Алотропні модифікації Карбону

• Алмаз (від давньогрец. adamas — незламний) — найтвердіший природний матеріал. Він надзвичайно тугоплавкий, розплавити його вдається лише за температури близько 4000 °С і тиску понад 100 атм.
• Незважаючи на високу твердість, алмаз крихкий — його можна розколоти ножем. Він погано проводить теплоту, є діелектриком.
• Унікальні властивості алмазу зумовлені особливостями його кристалічних ґраток.
• Кристал алмазу являє собою єдиний каркас із атомів Карбону — саме тому він має надзвичайну твердість.
• Алмаз метастабільний: за звичайних умов він може існувати нескінченно довго, але за підвищеної температури поступово перетворюється на графіт.

- Алотропні модифікації Карбону

• Графіт, на противагу алмазу, — це м’яка речовина, за твердістю поступається навіть паперу.
• Він жирний на дотик, має металічний блиск.
• На відміну від більшості неметалів, графіт проводить електричний струм, але не так добре, як метали. Графіт має шарувату структуру — атоми Карбону в ньому утворюють пласкі шари. Окремий шар зверху нагадує бджолині стільники.
• Графіт складається з окремих лусочок. Коли графітовий

олівець торкається паперу, частина лусочок залишається

на аркуші, утворюючи слід.

• Недарма слово «графіт» походить від грецького «графо»,

що означає «пишу».

• За кімнатної температури й атмосферного тиску графіт —

це найстійкіша модифікація Карбону. За тиску 50 тис. атм.,

підвищеної температури і наявності каталізатора (нікелю) у промисловості одержують штучні алмази, які використовують у техніці. Але маса таких алмазів не перевищує 0,2 г.

- Алотропні модифікації Карбону

• Карбін за фізичними властивостями схожий на графіт і іноді трапляється в ньому у вигляді білих прожилок. Карбін має лінійну будову:

​

​

Карбіни — електронейтральні сполуки одновалентного атома вуглецю з вільною електронною парою та неспареним електроном. Зовнішнім виглядом карбін: чорний дрібнодисперсний порошок, має напівпровідникові властивості.

Теоретичні розрахунки говорять про найбільшу термодинамічну стійкість нової форми елементарного вуглецю. Крім того, очікується, що нитковидні кристали карбіну виявляться найміцнішими матеріалами на Землі.

​

- Алотропні модифікації Карбону

• Графен був відкритий в 2004 році. 
• Графен схожий за своєю будовою на окремий атомний шар у структурі графіту.
• Графен можна уявити у вигляді «розгорнутої» вуглецевої нанотрубки. 
• Цікаво! Британські вчені використали графен для побудови дрона Juno і у липні 2018 р. Завдяки новітньому матеріалу безпілотник може літати в грозу, оскільки, за словами розробників, розряди блискавки просто розпорошаться по фюзеляжу.
• Також перевагами є менша вага дрона і захист від намерзання.

Домашнє завдання :

• Опрацювати пар16., ст.84 №2-6 письмово