Алотропія. �Алотропні модифікації речовин неметалічних елементів. �

• Хімія 11 клас.

металічні

неметалічні

Неметали з деякими властивостями металів

( але Ge-метал)

• Зразки неметалів: а – хлор, б – червоний фосфор, в – бром,

г – йод, д – кисень рідкий, е – азот рідкий

1. 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. (водень,азот, кисень)
• 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.

​

2. Поняття про явище алотропії�

​

Термін увів Я. Берцеліус у 1841 р.

Алотропія — існування одного хімічного елемента у вигляді кількох простих речовин (алотропних модифікацій або алотропних форм), різних за властивостями

Існує дві причини алотропії: �— різний кількісний склад речовин(кисень і озон) �— різна будова речовин, утворених з атомів одного хімічного елемента.�

Кисень

озон

- 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 «свіжим» 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( краща , як у кисню)
• 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)
• 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��Причина алотропії : різна будова молекул

Утворення пластичної сірки та її структура

​

Плавлення сірки супроводжується зміною будови її молекул і, як наслідок, - змінами кольору, в’язкості розплаву тощо

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. світиться 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, 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�

1. Білий фосфор Р₄ - молекулярна речовина. �2. Червоний фосфор (Р₄)_∞ - полімерна сполука складної атомної будови

- Алотропні модифікації Карбону

Природні:

• Алмаз
• Графіт
• Фулерен
• Вуглецеві нанотрубки

Штучні:

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

- Алотропні модифікації Карбону

• Алмаз— 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 вони досить дрібні.

Алотропні модифікації Карбону

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

​

​

Карбіни —чорний дрібнодисперсний порошок, має напівпровідникові властивості.

​

​

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.

Алотропні модифікації Карбону

• Фулерени — це тверді кристалічні речовини, які, на відміну від інших алотропних модифікацій, розчиняються в органічних розчинниках з утворенням яскраво забарвлених розчинів. Молекули фулеренів являють собою

сфери або еліпсоїди.

​

​

​

​

​

Моделі молекул фулерену С₆₀ та фулерену С₇₀

Алотропні модифікації Карбону

• Вуглеце́ві або карбонові нанотру́бки — протяжні циліндричні структури діаметром від одного до декількох десятків нанометрів і завдовжки до декількох мікронів.
• Вуглецеві нанотрубки — трубчасті наноутворення вуглецю. Виявлені 1991 року. Бувають одно- і багатошарові. 

​

Будова простих речовин Карбону різна

Алмаз

Графіт

Фулерен

Будова алотропних модифікацій Карбону:�а – фулерен С₆₀, б – фулерен С₇₀, в – нанотрубка, г – графен� 

Застосування алмазів: а — у техніці; б — у ювелірній справі� 

Застосування графіту: �а — електроди гальванічних пристроїв; �б — олівці; �в — жаростійкі тиглі для виплавляння металів�

• 1. Чим різняться між собою прості речовини Оксигену (зробіть у зошиті порівняльну таблицю)
• 2.Які властивості графіту зумовлюють його використання на практиці? Поясніть ці властивості речовини, виходячи з будови.
• 3.Фосфорні боєприпаси: що це за зброя та як вона діє?
• 4. Обчисліть, чи однакова кількість речовини міститься в 4,8 г озону та 33,6 л кисню(н. у.)?

Виконайте завдання в зошиті