Аллотропные модификации калия


Аллотропия химических элементов — Знаешь как

Содержание статьи

Атомы одного и того же химического элемента могут образовывать несколько простых веществ. Это явление носит название аллотропии. (Термин «аллотропия» произошел от греческого словосочетания, означающего «другая форма». Он был введен в химическую литературу Я. Берцелиусом в 1841 г. Первоначально этим термином определялось явление существования химического элемента или соединения в твердом состоянии в нескольких кристаллических формах (модификациях). Я. Берцелиус ошибочно считал, что различные аллотропные формы элементов образуют в результате химических реакций различные вещества.) Аллотропные формы отличаются составом своих молекул (кислород О2 и озон О3), строением кристаллов (графит и алмаз) или направлением вращения атомных ядер в молекулах (ортоводород и параводород). Последний случай аллотропии характерен не только для водорода, но и для некоторых других двухатомных газов. Однако молекула Н2 имеет очень маленькую массу и направление вращения ядер в ту или иную сторону заметно влияет на ее свойства.

Самопроизвольное превращение одной аллотропной формы в другую представляет собой переход от структуры с более высокой внутренней энергией к структуре с меньшей внутренней энергией. При низких температурах устойчивыми являются те аллотропные формы, в которых частицы расположены ближе друг к другу и связаны между собой наибольшим числом химических связей. С повышением температуры амплитуда колебательного движения частиц возрастает и более устойчивыми оказываются аллотропные формы с большими межатомными расстояниями.

Теоретически любое изменение внешних условий должно приводить к перестройке взаимного расположения частиц в молекулах или кристаллических решетках. В действительности же мы наблюдаем на первый взгляд странную картину: при одинаковой температуре сосуществуют различные аллотропные формы одного и того же элемента. Так, например, озон О3 и кислород О2 могут сосуществовать во всех трех агрегатных состояниях. Однако никакого противоречия здесь нет. Просто мы не учли одно очень важное обстоятельство: чтобы произошел переход одной аллотропной формы в другую, необходимо первоначально затратить определенное количество энергии, которая называется энергией возбуждения или потенциальным барьером перехода. И если атомы не обладают такой энергией, то аллотропного превращения не происходит.

Аллотропия водорода

Ядра атомов, подобно электронам, обладают спином. Поэтому молекула, состоящая из двух одинаковых атомов, может находиться в двух различных формах в зависимости от того, параллельны ядерные спины или антипараллельны. Для молекул Н2 они получили название орто- и параводорода. Обычный водород при комнатной температуре содержит 25% параформы и 75% ортоформы. Это соотношение не изменяется с повышением температуры, так как переход Н2 (лара)→Н2 (орто), сопровождающийся поглощением небольшого количества теплоты, запрещен законами квантовой механики. Обратное превращение может протекать при низких температурах. Пропуская обычный водород сквозь слой охлажденного до 20К активированного угля, удается получить почти чистый параводсрод (99,7%).

Аллотропия кислорода

Простое вещество кислород при .обычных условиях может существовать в виде двух аллотропных модификаций — кислорода О2 и озона О3. Кислород является наиболее распространенной формой этого элемента. Он составляет приблизительно одну пятую часть всего объема земной атмосферы.

Как показывают магнитные исследования, молекула О2 имеет два неспаренных электрона. В соответствии с этим ее строение можно выразить следующей структурной формулой:

Благодаря наличию нескольких ковалентных связей молекула кислорода очень устойчива; ее диссоциация на атомы становится заметной лишь при температуре выше 2000°С. Поскольку масса молекулы О2сравнительно невелика, кислород имеет низкие температуры плавления (-218,9°С) и кипения ( — 183°С). Его растворимость в воде при обычных условиях составляет примерно 3 мл в 100 мл.

Образование озона наблюдается во всех химических процессах, сопровождающихся выделением атомного кислорода, а также при действии на молекулярный кислород быстрых электронов и протонов, рентгеновских и ультрафиолетовых лучей. Его возникновение можно изобразить в виде схемы:

или суммарно:

2 = 2О3 — Q

В природе озон образуется при грозовых разрядах и в процессе окисления некоторых смол. На высоте 10—30 км над поверхностью Земли имеется тонкий слой озона, обеспечивающий возможность биологической жизни на Земле. Он задерживает идущее от Солнца жесткое ультрафиолетовое излучение и отражает инфракрасные лучи Земли, препятствуя ее охлаждению.

Молекула озона имеет угловую форму и небольшой дипольный момент:

Поскольку молекулы O3 обладают относительно большой массой и сложным строением, озон характеризуется более

высокими температурами кипения и плавления, чем кислород. Этим же объясняется интенсивная окраска жидкого и твердого озона и его хорошая растворимость в воде.

Озон является неустойчивым соединением и при большой концентрации способен распадаться со взрывом. Он обладает гораздо более высокой окислительной способностью, чем молекулярный кислород. Так, уже при обычных условиях озон окисляет серебро, ртуть и многие другие вещества:

8Ag+2O3= 4Ag2O + O2

Для качественного обнаружения озона обычно пользуются его реакцией с иодидом калия:

2KI + O3 + Н2O = I2 + 2КОН + О2

С молекулярным кислородом О2 эта реакция не идет. Существует и другой, более простой и оригинальный метод качественного определения озона, основанный на его способности быстро разрушать резину. Если тонкую резиновую полоску натянуть в озонированном воздухе, она разрывается в течение нескольких секунд.

В последнее время озон находит все более широкое и разнообразное применение. Он используется для устранения неприятных запахов, обеззараживания питьевой воды и стерилизации перевязочных материалов. Благодаря исключительно высокой окислительной способности озон применяется для получения органических кислот, быстрого старения вин и выдерживания табака.

Аллотропия серы

Элементная сера существует в виде нескольких аллотропных форм. При температуре ниже 95,6°С устойчивой является ромбическая сера, для которой характерна высокая растворимость в неполярных органических растворителях, например в сероуглероде CS2. Плотность этой формы равна 2,07 г/см3Кристаллы ромбической серы построены из восьми атомных молекул S8, имеющих форму короны (рис. 5).

Рис. 5. Строение кольцевых молекул S8

В интервале температур 95,6÷119,3°С (темп, пл.) устойчива моноклинная или призматическая сера. Ее плотность составляет 1,96 г/см3. Кристаллы моноклинной и ромбической серы отличаются взаимной ориентацией молекул S8. Переход ромбической серы в моноклинную может занимать от нескольких минут до нескольких часов. При быстром нагреве ромбическая сера не успевает полностью перейти в моноклинную и плавится при 112,8°C.

Есть еще две аллотропные модификации серы, нерастворимые в сероуглероде. Это пластичная и пурпурная сера; первая получается при быстром охлаждении расплава серы, а вторая — при быстром охлаждении ее паров, нагретых до высокой температуры.

Рис. 6. Изменение вязкости жидкой серы в зависимости от температуры

Рассмотрим превращения, происходящие с серой при постепенном повышении температуры выше температуры ее плавления. В интервале от t°пл до 155° C в расплаве присутствуют в основном молекулы S8. Эти сравнительно небольшие и почти сферические частицы легко смещаются друг относительно друга, благодаря чему вязкость жидкой серы при этих температурах сравнительно невелика (рис. 6). Начиная со 155—159°C происходит процесс полимеризации — кольца (S8) разрываются и соединяются в длинные цепи:

Образующиеся цепочки скручиваются, переплетаются и утрачивают способность свободно перемещаться с повышением температуры концентрация полимерных цепочек возрастает, а их средняя длина увеличивается. Расплав серы становится все более вязким, а его цвет изменяется от оранжево-желтого до темно-коричневого. При 187— 195°с вязкость серы достигает наибольшего значения. Ее не удается даже вылить из сосуда. Максимальная длина цепочек соответствует молекулярной массе 3•107 у. е., что составляет около миллиона атомов серы.

С увеличением температуры выше 200°C полимерные цепочки начинают постепенно уменьшаться и вязкость серы понижается. Если такой расплав вылить в холодную воду, образуется пластичная сера. Она имеет аморфную структуру и не растворяется в CS2.

Пластичная сера очень быстро превращается в ромбическую модификацию.

При обычном давлении сера кипит при 444°C; образующиеся пары содержат циклические молекулы S8. с увеличением температуры появляются частицы с меньшей массой: S6, S4, S2. Изменение состава молекул вызывает постепенное обесцвечивание паров серы. Выше 900°C в парах присутствуют только двухатомные молекулы S2. Они представляют собой электронные аналоги молекул O2 и содержат два неспаренных электрона:

Выше 1500°C молекулы S2 начинают диссоциировать на отдельные атомы

S2 + Q⇄ S + S

Аллотропия фосфора

Атомы фосфора могут образовывать двухатомные, четырех атомные и полимерные молекулы. Двухатомные молекулы аналогичны по своему электронному строению молекулам азота:

Они существуют при температурах выше 1000°C. В жидком состоянии, в растворе, а также в парах ниже 1000°C

устойчивы четырехатомные молекулы Р4, имеющие форму тетраэдра (рис. 10). Каждый атом фосфора в такой молекуле связан ковалентными связями с тремя другими атомами и имеет неподеленную пару электронов.

Рис. 10 . Строение молекул Р4

Конденсируясь, пары фосфора образуют белый фосфор — воскообразное бесцветное вещество, растворимое в сероуглероде, бензоле, диэтиловом эфире и некоторых других органических жидкостях; его плотность 1,828 г/см3, темп. пл. 44,1 °С, темп. кип. 280,5 °С. Белый фосфор имеет молекулярную кристаллическую решетку, в узлах которой расположены тетраэдрические молекулы Р4. Поскольку связи Р—Р в молекулах Р4 довольно легко рвутся, белый фосфор является исключительно реакционноспособным веществом. При температуре, близкой к 40°С, он самопроизвольно воспламеняется на воздухе, образуя густой белый «дым» оксида Р2О5:

Р4 + 5O2 = 2Р2O5 + Q

Медленное окисление белого фосфора (например, под водой) сопровождается характерным свечением — фосфоресценцией. Желтоватая окраска, появляющаяся при его длительном хранении, объясняется постепенным превращением белого фосфора в красный. Этот переход ускоряется под действием рентгеновских и ультрафиолетовых лучей, а также в присутствии катализатора — молекулярного иода I2.

Рис. 11 . Структура черного фосфора

Красный фосфор получают из белого, нагревая последний до 275—340°С без доступа воздуха. Он гораздо устойчивее, чем белый фосфор: не растворяется ни в одном из известных растворителей и не воспламеняется при нагревании на воздухе до 240°С. В зависимости от условий получаются различные формы красного фосфора. Его цвет может меняться от темно-коричневого до красного или фиолетового; плотность изменяется в интервале 2,0—2,4 г/см3, а температура плавления — от 585 до 600°С. Красный фосфор построен из длинных цепей, в которых каждый атом связан с тремя другими соседними атомами:

На концах макромолекул находятся атомы кислорода галогенов или группы ОН. При 500—600°С полимер начинает медленно разлагаться и испаряться, причем образующиеся пары содержат тетраэдрические молекулы Р4. Наиболее устойчивой модификацией является черны фосфор, получающийся из белого при 200°С и 12•108 н/м2 

Белый фосфор (t°, PnР4 →(Р)4Черный фосфор

Его можно обрабатывать на воздухе, не опасаясь воспламенения; он загорается лишь выше 400°С. По внешнему виду черный фосфор напоминает графит, но является полупроводником. Его кристаллы построены из волнистых слоев (рис. 11). При нагревании до 550°С он самопроизвольно превращается в красный, а с повышением давления переходит в металлическое состояние.

Аллотропия углерода

Существуют три аллотропных модификации углерода: алмаз, графит и карбин. Другие хорошо известные формы углерода — сажа, кокс, древесный и каменный уголь — представляют собой аморфные образования с графитоподобной структурой.

Алмаз — это бесцветное полимерное тело, превосходящее по твердости все известные вещества. Каждый

Рис. 13. Природные кристаллы алмаза

атом углерода образует четыре одинаковые ковалентные связи, направленные из центра правильного тетраэдра к его вершинам. В такой трехмерной структуре нельзя выделить какие-либо отдельные группы атомов; все атомы совершенно равноценны. Поскольку на образование химических связей затрачиваются все наружные электроны атомов углерода, кристалл алмаза является изолятором.

Алмазы встречаются чаще всего в виде октаэдров с округленными плоскостями (рис. 13). Благодаря высокой светопреломляющей способности они переливаются всеми цветами радуги. Окрашенные за счет посторонних примесей голубые и розовые алмазы в природе очень редки. Зато черные непрозрачные кристаллы (карбонадо), обладающие повышенной твердостью, составляют около половины всех добываемых алмазов.

Рис. 18. Кристаллическая решетка идеального графита

Рис. 14. Структура графита

Алмазы находят самое различное применение. Наиболее крупные и красивые кристаллы дополнительно шлифуют и под названием «бриллианты» используют для изготовления дорогих украшений. Масса бриллиантов выражается в каратах; один карат равен 0,2 г. Самый крупный из когда-либо найденных алмазов, до того как он был распилен на более мелкие куски, весил 2024 карата.

Крупные бриллианты очень часто оставляли за собой в истории кровавый след самых различных преступлений. Драгоценные камни выкрадывали из сокровищниц и, чтобы обмануть охрану и назойливых сыщиков, глотали бриллианты, прятали их в складки одежды, зашивали в мышцы своего тела и, наконец, часто теряли. Так, например, бесследно исчез один из крупнейших алмазов «Великий могол» (280 карат).

Небольшие по размерам алмазы (алмазные осколки), окрашенные в темный цвет, применяются для изготовления стеклорежущего инструмента, алмазных буров, используемых при прохождении твердых горных пород, специальных пил и рубанков, фильер для вытягивания тонкой проволоки диаметром 15,02—0,08 мм. Алмазный порошок — хороший материал для полировки бриллиантов, гравирования на металлах и стекле. В 1954 г. ученые научились получать искусственные алмазы. Переход графита в алмаз происходит (При высоком давлении и повышенной температуре. Менее чем за три года этим способом удалось получить свыше 100 тыс. каратов промышленных кристаллов

Графит имеет слоистую структуру, причем каждый слои представляет собой как бы гигантскую сетчатую

макромолекулу (рис. 14). В плоскости любого слоя атомы углерода окружены тремя ближайшими соседями; угол между связями равен 120°. Четвертые электроны атомов углерода делокализованы в пределах всей макромолекулы. Этим объясняется электропроводность, металлический блеск и темный цвет графита. Отдельные слои связаны между собой слабыми силами Ван-дер-Ваальса, поэтому графит очень мягок, он легко расслаивается на отдельные чешуйки и его применяют в качестве смазывающего вещества. Электропроводность графита, измеренная вдоль

Рис. 15. Строение графида калия состава С8К

слоев и в перпендикулярном направлении, отличается более чем в 100 раз.

Важным свойством графита является его способность образовывать слоистые соединения при воздействии паров элементов и соединений. При этом кристалл графита сохраняет свою форму, но сильно набухает, расширяясь в направлении, перпендикулярном слоям. При нагревании графита с расплавами цезия, рубидия или калия образуются графитиды, в которых атомы щелочных металлов занимают пространство между отдельными слоями (рис. 15). Подобные соединения представляют собой очень реакционноспособные вещества медно-красного цвета. Они самовоспламеняются на воздухе, а с водой реагируют со взрывом. Графит, из которого удалены примеси газообразных веществ, может поглощать фтор с образованием вещества состава CFх (где х≤1). Расстояние между слоями увеличивается при этом до 0,82 нм, а электропроводность и характерный блеск графита постепенно исчезают.

При окислении графита азотной кислотой получается бензолгексакарбоновая кислота С6(СООН)6. Если ее нагреть с известью, то образуется бензол. Это доказывает, что структура отдельных ячеек слоя графита близка к структуре молекул бензола.

Под действием сильных окислителей, например смеси HNO3+H2SO4 в присутствии хлората калия КСlO3, графит переходит в «графитовую кислоту». В процессе реакции между слоями внедряются атомы кислорода; графит набухает, а его цвет изменяется от зеленого до коричневого. На концах отдельных слоев появляются карбоксильные группы —СООН.

Благодаря высокой термоустойчивости (температура возгонки графита равна 3650°С), электро- и теплопроводности и коррозионной стойкости графит находит очень широкое практическое применение. Из него изготовляют огнеупорные тигли, высокотемпературные смазки, электроды и футеровку печей. Смеси графита с различными наполнителями используют для изготовления карандашей и красок. Огромное количество высокочистого графита идет на устройство атомных реакторов, в которых он выполняет роль замедлителя нейтронов.

Синтезированное советскими учеными В. В. Коршаком и А. М. Сладковым новое аллотропное видоизменение углерода — карбин представляет собой черный порошок, состоящий из прямолинейных цепочек Сn с тройными связями:

…..—С≡С—С≡С—С≡С—…

Высокая степень делокализации электронов обусловливает черную окраску полимера и его полупроводниковые свойства. При нагревании до 2300°С карбин переходит в графит — наиболее устойчивую аллотропную форму углерода.

Аллотропия олова

Олово может существовать в виде двух аллотропных форм, одна из которых (серое олово) обладает свойствами полупроводника, а другая (белое олово) представляет собой металл с высокой электропроводностью. При 13°С эти две формы находятся в равновесии:

Sncepoe⇄ Snбелое

При более низких температурах устойчивым является серое олово, имеющее структуру алмаза. Однако высокотемпературная форма переходит с заметной скоростью в

низкотемпературную только при очень низкой температуре (около —30°С). Так как на практике используют только высокотемпературную модификацию — белое олово, малая скорость превращения Snб→Sncпредставляет собой положительное явление.

На морозе оловянные предметы покрываются серыми пятнами, затем превращаются в порошок. Разрушение кристаллической структуры связано с изменением плотности при переходе белого олова (7,3 г/см3) в серое (5,8 г/см3). Остановить начавшийся на холоду процесс разрушения белого олова невозможно, поэтому он получил название «оловянная чума». История с оловянными пуговицами, которые растрескались от жестоких морозов на шинелях наполеоновских солдат во время их отступления из Москвы, является одним из примеров такого аллотропного перехода. Аналогичный случай произошел в 1912 г. во время полярной экспедиции Скотта. Припой на баках с топливом, которое везли с собой участники этой экспедиции, содержал очень много олова и при низкой температуре быстро разрушился. Горючее вытекло и залило запасы пищи, что послужило причиной трагической гибели экспедиции.

Статья на тему Аллотропия химических элементов

Аллотропные модификации

Аллотропия относится к способности атомов одного элемента образовывать разные типы простых веществ. Таким образом, образуются соединения, которые отличаются друг от друга.

Аллотропные модификации стабильны. В условиях постоянного давления при определенной температуре эти вещества могут переходить друг в друга.

Аллотропные модификации могут образовываться из молекул с разным числом атомов. Например, элемент кислород образует озон (O3), а фактическое вещество - кислород (O2).

Аллотропные модификации могут быть твердыми веществами, имеющими различную кристаллическую структуру. К таким соединениям относятся, например, алмаз и графит. Эти вещества представляют собой аллотропные модификации углерода. Этот химический элемент может образовывать пять простых веществ: гексагональный и кубический алмаз, графит, карабин (в двух формах).

Гексагональный алмаз обнаружен в метеоритах и ​​получен в лабораторных условиях при длительном нагревании под действием очень высокого давления.

Алмаз, как известно, самое твердое из всех веществ, существующих в природе.Используется при сверлении горных пород и резке стекла. Алмаз - бесцветное прозрачное кристаллическое вещество, обладающее высоким показателем преломления. Кристаллы алмазов имеют кубическую гранецентрированную решетку. Половина атомов кристалла расположена в центрах граней и вершин одного куба, а оставшаяся половина атомов - в центрах граней и вершин другого куба, который смещен относительно первого куба. направление пространственной диагонали. Атомы образуют тетраэдрическую трехмерную сетку, в которой они имеют ковалентные связи.

Из всех простых веществ только в алмазе существует максимальное количество очень плотных атомов. Поэтому связь очень прочная и надежная. Прочные связи в углеродных тетраэдрах обеспечивают высокую химическую стойкость. На алмаз может воздействовать только фтор или кислород при температуре восьмисот градусов.

Без доступа воздуха при сильном нагреве алмаз превращается в графит. Это вещество представлено кристаллами темно-серого цвета. Графит имеет слабый металлический блеск.Вещество на ощупь маслянистое. Графит устойчив к нагреванию, обладает относительно высокой теплопроводностью и электропроводностью. Вещество используется при изготовлении карандашей.

Карбины производятся синтетическим путем. Это твердое вещество черного цвета со стеклянным блеском. Без доступа воздуха при нагревании карабин превращается в графит.

Есть еще одна форма углерода - аморфный углерод. Эта неупорядоченная структура получается нагреванием углеродсодержащих соединений. В естественных условиях находятся большие залежи угля.При этом вещество имеет несколько разновидностей. Уголь может быть представлен в виде сажи, костного угля или кокса.

Как уже было сказано, аллотропные модификации одного элемента характеризуются разной межатомной структурой. Кроме того, они наделены различными химическими и физическими свойствами.

Sera - еще один элемент, способный к аллотропии. Это вещество используется человеком с древних времен. Существуют разные аллотропные модификации серы. Самый популярный - ромбический.Представлен твердым веществом желтого цвета. Ромбическая сера не смачивается водой (плавает по поверхности). Это свойство используется при добыче материи. Ромбическая сера растворима в органических растворителях. Вещество имеет плохую электрическую и теплопроводность.

Кроме того, есть пластичная и моноклинная сера. Первая - это коричневая аморфная (похожая на резину) масса. Он образуется при заливке расплавленной серы в холодную воду. Моноклинок представлен в виде темно-желтых иголок.Под действием комнатной температуры (или близкой к ней) обе эти модификации превращаются в ромбическую серу.

.

Аллотропные модификации кислорода: сравнительная характеристика и значение

Атомы одного вида могут входить в состав разных веществ. Для элемента, обозначенного символом «О» (от латинского названия Oxygenium), в природе известны два обычных простых вещества. Формула одного из них O 2, второго - O 3. Это аллотропные модификации кислорода (аллотропы). Есть и другие менее стабильные соединения (O 4 и O 8 ).Понять разницу между этими формами поможет сравнение молекул и свойств веществ.

Что такое аллотропные модификации?

Многие химические элементы могут существовать в двух, трех или более формах. Каждая из этих модификаций образована атомами одного вида. Ученый Дж. Берцеллиус в 1841 г. первым назвал такое явление аллотропией. Открытая закономерность изначально использовалась только для характеристики веществ молекулярной структуры. Например, известны две аллотропные модификации кислорода, атомы которых образуют молекулы.Позже исследователи установили, что модификации могут быть среди кристаллов. Согласно современным представлениям, аллотропия - это один из случаев полиморфизма. Различия между формами вызваны механизмами образования химической связи в молекулах и кристаллах. Эта особенность проявляется в основном у элементов 13-16 групп таблицы Менделеева.

Как разные комбинации атомов влияют на свойства материи?

Аллотропные модификации кислорода и озона образуются атомами элемента с порядковым номером 8 и таким же числом электронов.Но они различаются по структуре, что вызвало существенное несоответствие свойств.

Сравнение кислорода и озона
Симптомы Кислород Озон

Состав молекулы

2 атома кислорода 3 атома кислорода
Структура
Агрегатное состояние и цвет Бесцветный прозрачный газ или бледно-голубая жидкость Голубой газ, синяя жидкость, темно-фиолетовое твердое вещество
Запах Отсутствует

Острый, напоминающий гром, свежескошенное сено

Точка плавления (° C)

-219 -193
Точка кипения (° C) -183 -112

Плотность

(г / л)

1 , 4 2,1

Растворимость в воде

Слабо растворим Лучше, чем кислород ru

Химическая активность

В нормальных условиях стабильная Легко разлагается с образованием кислорода

Выводы по результатам сравнения: аллотропные модификации кислорода качественно не отличаются сочинение.Структура молекулы отражается на физических и химических свойствах веществ.

Одно и то же количество кислорода и озона в природе?

Вещество с формулой O 2 , встречается в атмосфере, гидросфере, коре суши и живых организмах. Около 20% атмосферы образовано молекулами двухатомного кислорода. В стратосфере на высоте около 12-50 км от поверхности земли находится слой, называемый «озоновым экраном». Его состав отражает формулу O 3 .Озон защищает нашу планету, поглощая опасные лучи красного и ультрафиолетового спектра Солнца. Концентрация вещества постоянно меняется, а ее среднее значение невысокое - 0,001%. Таким образом, O 2 и O 3 - аллотропные модификации кислорода, которые имеют существенные различия в их распределении по природе.

Как получить кислород и озон?

Молекулярный кислород - самая важная простая материя на Земле. Образуется в зеленых частях растений на свету при фотосинтезе.При электрических разрядах естественного или искусственного происхождения молекула двухатомного кислорода распадается. Температура, при которой начинается процесс, составляет около 2000 ° C.Некоторые из возникших радикалов воссоединяются, образуя кислород. Некоторые активные частицы реагируют с молекулами двухатомного кислорода. В этой реакции образуется озон, который также реагирует со свободными радикалами кислорода. В этом случае возникают двухатомные молекулы. Обратимость реакций приводит к тому, что концентрация атмосферного озона постоянно меняется.В стратосфере образование слоя, состоящего из O 3 , связано с ультрафиолетовым излучением Солнца. Без этого защитного щита опасные лучи могут достичь поверхности Земли и уничтожить все формы жизни.

Аллотропные модификации кислорода и серы

Химические элементы O (Oxygenium) и S (Sulfur) находятся в одной группе периодической таблицы, для них характерно образование аллотропных форм. Из молекул с разным числом атомов серы (2, 4, 6, 8) в нормальных условиях наиболее устойчивой является S8, напоминающий по форме корону.Ромбическая и моноклинная сера построены из таких 8-атомных молекул.

Моноклинная форма желтого цвета при температуре 119 ° C образует коричневую вязкую массу - пластичную модификацию. Изучение аллотропных модификаций серы и кислорода имеет большое значение в теоретической химии и практической деятельности.

В промышленных масштабах окислительные свойства различных форм. Озон используется для обеззараживания воздуха и воды. Но при концентрациях выше 0,16 мг / м3 этот газ опасен для человека и животных.Молекулярный кислород необходим для дыхания, он используется в промышленности и медицине. Аллотропы углерода (алмаз, графит), фосфора (белый, красный) и других химических элементов играют важную роль в экономической деятельности.

.

Элементы аллотропных модификаций - Большая Химическая Энциклопедия

Мышьяк и сурьма напоминают фосфор, имея несколько аллотропных модификаций. У обоих неустойчивый желтый аллотроп. Эти аллотропы могут быть получены путем быстрой конденсации паров, которые предположительно, как и пары фосфора, содержат молекулы AS4 и Sb4 соответственно. Такой желтый аллотроп для висмута не известен. Обычная форма мышьяка, стабильная при комнатной температуре, представляет собой хрупкое твердое вещество серого цвета, имеющее металлический вид, обладающее некоторой проводимостью.В обычных условиях сурьма и висмут представляют собой серебристо-белые и красновато-белые металлические элементы соответственно. [Стр.210]

AUotropes. Иногда необходимы систематические названия газовых и жидких модификаций элементов. Аллотропные модификации элемента носят имя атома вместе с дескриптором для указания модификации. Ниже приведены несколько общих примеров ... [Pg.217]

Бор является уникальным среди элементов структурной сложности его аллотропных модификаций, что отражает разнообразие способов, которыми бор пытается решить проблему наличия меньшего количества электронов, чем атомные орбитали, доступные для связывания.Элементы в этой ситуации обычно имеют металлическую связь, но небольшой размер и высокая энергия ионизации B (стр. 222) приводят к ковалентной, а не металлической связи. Структурной единицей, которая доминирует в различных аллотропах B, является икосаэдр B 2 (рис. 6.1), и это также встречается в некоторых структурах боридов металлов и в некоторых производных гидрида бора. Из-за симметрии пятикратного вращения у отдельных атомов B икосаэдры B) 2 упаковываются довольно неэффективно, и там ... [Pg.141]

Вещество, обозначенное одним и тем же символом в двух или более уравнениях, находится в одном и том же состоянии в реакциях, представленных этими уравнениями.В частности, разные аллотропные модификации твердого элемента (например, древесного угля, графита, алмаза или желтого и красного фосфора) имеют разную теплоту сгорания, и конкретная используемая форма должна быть указана в каждом случае. [Pg.256]

Единственный элемент, который был обнаружен в биологических жидкостях (моче). Это правдоподобно, так как P играет главную роль во всех жизненных процессах. Это один из пяти элементов, составляющих ДНК (кроме C, H, N и 0, эволюция не требовала чего-либо еще для кодирования всей жизни).Связь P-O-P, ангидрид фосфорной кислоты, является универсальной энергетической валютой в клетках. Скелет млекопитающих состоит из фосфата кальция (гидроксилапатита). Элемент встречается в нескольких аллотропных модификациях: белый фосфор (мягкий, пирофорный P4, очень токсичный), красный фосфор (нетоксичный, используется для изготовления поражающей поверхности спичечных коробок), черный фосфор (образуется под высоким давлением). Фосфаты незаменимы в качестве удобрений, но менее желательны в моющих средствах, поскольку сточные воды слишком концентрированы этим веществом (эвтрофикация).Он имеет богатый химический состав, является основой для мощных инсектицидов, а также для боевых агентов. Универсальный элемент. [Стр.40]

Согласно атомной теории различия между так называемыми «аллотропными модификациями» обычно приписываются различиям в количестве и расположении атомов, составляющих молекулы таких «модификаций», а не каким-либо различиям в сами атомы. Но мы не можем утверждать, что две такие «аллотропные модификации» или элементы могут быть преобразованы друг в друга... [Pg.99]

Аморфный селен .— (1) Стекловидный селен. - Когда расплавленный селен охлаждается не слишком продолжительным образом, не происходит определенного затвердевания или кристаллизации, но масса постепенно затвердевает, и продукт действительно представляет собой сильно переохлажденная жидкость типа стекла. Стекловидный селен - хрупкое красновато-коричневое вещество с раковинным изломом. При тонком измельчении и просмотре тонкими слоями он имеет темно-красный цвет. Эта форма имеет среднюю плотность 4-28 5, значение незначительно варьируется, возможно, из-за наличия других аллотропных модификаций элемента.[Стр.290]

Плутоний был первым элементом, который был синтезирован в взвешенных количествах (6,7). Технеций, открытый в 1937 г., не был изолирован до 1946 г. и не получил названия до 1947 г. (8). С момента открытия плутония в 1940 году объем его производства увеличился с субмикрограмм до метрических тонн. Из-за его большого значения о плутонии и его химическом составе известно больше, чем о многих наиболее распространенных элементах. Металлургия и химия сложны. Металлический плутоний имеет семь аллотропных модификаций.Известно, что в соединениях и растворах существует пять различных степеней окисления. [Pg.191]

Читателю предлагается рассмотреть другие возможные аллотропные модификации элементарных веществ Группы 14 и убедиться в том, что ни одна из них не может быть более стабильной, чем наблюдаемые структуры. [Стр.269]

Аллотропные формы углерода. В твердом состоянии элемент углерод существует в трех различных аллотропных модификациях - аморфном углероде и двух кристаллических формах, известных как алмаз и графит.Аморфный углерод включает множество общих продуктов, таких как древесный уголь, костная сажа, кокс, ламповая сажа и технический углерод. Каждая из этих разновидностей кристаллического и аморфного углерода обладает свойствами, которые делают его полезным для множества целей. [Pg.578]

С точки зрения структурной химии режимы связывания, координации и параметры связывания конкретного элемента в его аллотропных модификациях могут быть в дальнейшем распространены на его соединения. Таким образом, органические соединения можно удобно разделить на три семейства, которые происходят от своих прототипов: алифатические соединения из алмаза, ароматические соединения из графита и фуллереновые соединения из фуллеренов.[Pg.509]

Чтобы проиллюстрировать тип анализа, который используется, мы показываем репрезентативный набор данных по теплоемкости на рис. 1.20.2 для кислорода, в виде графика CP в зависимости от log T, это представление полезно для прямого расчета энтропии кислорода из области под кривыми. Обратите внимание, что элемент существует в трех аллотропных модификациях в твердом состоянии с температурами перехода около 23,6, 43,8 и 54,4 К, последняя из которых является точкой плавления твердой фазы I. Температура кипения жидкого кислорода составляет около 90.1 К. Процедура экстраполяции использовалась ниже 14 К. [Стр.150]

В качестве иллюстраций на рис. 1.17.2a показан график молярной теплоемкости кислорода при стандартных условиях. График зависимости Cp от In T затем используется для определения энтропии кислорода по площади под кривыми. Обратите внимание, что элемент в твердом состоянии существует в трех различных аллотропных модификациях, с температурами перехода, близкими к 23,6 и 43,8 К, точка плавления находится при 54,4 К, а температура кипения - при 90.1 К. Все энтальпии перехода при различных фазовых превращениях точно известны. Процедура экстраполяции использовалась при температурах ниже 14 К, что в 1929 г. было примерно нижним пределом, который можно было легко достичь при калориметрических измерениях. [Стр.85]

Есть еще один факт, который показывает нам, что закон Дюлонга и Пти не может быть строго истинным. Многие элементы могут существовать в нескольких модификациях, которые отличаются друг от друга своей кристаллической формой, удельным весом и многими другими физическими свойствами.Эти аллотропные модификации имеют разную удельную теплоемкость, так что теплоемкость атомов даже не постоянна для одного и того же элемента. Тем не менее, мы можем ожидать, что он будет постоянным для всех элементов. Виганд показал, что более плотная модификация элемента всегда имеет меньшую удельную теплоемкость, как можно увидеть в следующей таблице. [Стр.28]

Гомогенное химическое вещество, например такой элемент, как сера, или такое соединение, как вода, может существовать в нескольких формах и должно быть способно существовать по крайней мере в трех различных формах, а именно.как газ, как жидкость и как твердое тело. Во многих случаях твердое вещество может существовать в различных аллотропных модификациях, которые отличаются друг от друга кристаллической формой, температурой плавления, плотностью, удельной теплоемкостью и, фактически, всеми своими физическими свойствами. Каждая часть материи, которая сама по себе является однородной, то есть в которой мельчайшие видимые частицы совершенно одинаковы, и которая поэтому отделена в пространстве от любой другой однородной, но непохожей части материи, Уиллард Гиббс назвал фазой.... [Pg.187]

IR-3.4.1 Название элемента неопределенной молекулярной формулы или структуры IR-3.4.2 Аллотропы (аллотропные модификации) элементов IR-3.4.3 Названия аллотропов определенной молекулярной формулы IR -3.4.4 Кристаллические аллотропные модификации элемента ... [Pg.46]

Аллотропные модификации элемента носят имя атома, от которого они произошли, вместе с дескриптором для определения модификации. Обычными дескрипторами являются греческие буквы (a, (3, y и т. Д.).), цвета и, при необходимости, названия минералов (например, графит и алмаз для хорошо известных форм углерода). Такие названия следует рассматривать как временные, их следует использовать только до тех пор, пока структуры не будут установлены, после чего рекомендуется рациональная система, основанная на молекулярной формуле (см. Раздел IR-3.4.3) или кристаллической структуре (см. Раздел IR-3.4.4). . Общие названия будут по-прежнему использоваться для аморфных модификаций элемента и для тех, которые представляют собой смеси тесно связанных структур в их обычно встречающихся формах (таких как графит) или имеют плохо определенную неупорядоченную структуру (например, красные фосфомы) (см. ИК-3.4.5). [Стр.49]

Кристаллические аллотропные модификации представляют собой полиморфы элементов. Каждому из них можно присвоить имя, добавив символ Пирсона (см. Раздел IR-11.5.2) 7 в скобках после названия ... [Pg.49]

Аллотропные модификации (аллотропы). Различные формы одного и того же элемента в одном и том же физическое состояние. [Стр.82]

Особое преимущество дифракционного анализа состоит в том, что он выявляет присутствие вещества в том виде, в каком оно действительно существует в образце, а не с точки зрения составляющих его химических элементов.Например, если образец содержит соединение A By, дифракционный метод покажет присутствие AB как такового, тогда как обычный химический анализ покажет только присутствие элементов A и B. Кроме того, если образец содержит как AB, так и Aj Bjy, оба эти соединения будут обнаружены методом дифракции, но химический анализ снова укажет только на присутствие A и B. Чтобы рассмотреть другой пример, химический анализ простой углеродистой стали показывает только количества железа, углерода, марганца. , и т.д., который содержит сталь, но не дает информации о присутствующих фазах. Является ли рассматриваемая сталь полностью мартенситной, содержит ли она и мартенсит, и аустенит, или она состоит только из феррита и цементита. На подобные вопросы можно ответить с помощью дифракционного метода. Другое довольно очевидное применение дифракционного анализа состоит в различении различных аллотропных модификаций одного и того же вещества. Твердый диоксид кремния, например, существует в одной аморфной и шести кристаллических модификациях, и дифракционные картины этих семи форм различны.[Pg.397]

Некоторые элементы существуют в более чем одной форме. Знакомые примеры включают (1) кислород в виде молекул O2 и озон в виде молекул O3 и (2) две кристаллические формы углерода - алмаз и графит (рис. 13-33). Различные формы одного и того же элемента в одном и том же физическом состоянии называются аллотропными модификациями или аллотропами. [Стр.51]


.

Аллотропные модификации фосфора: характеристика и свойства - Наука

.

Можете ли вы описать аллотропные модификации фосфора? Наша статья посвящена свойствам именно этого вещества. В природе существует несколько аллотропных модификаций фосфора. Познакомимся с этой темой подробнее.

Понятие аллотропии

Химические элементы могут образовывать разные типы простых веществ. Это явление называется аллотропией.Это может быть связано с двумя причинами. В первом случае это разное количество атомов элемента в веществе. Например, кислород и озон. Они состоят из Оксигена. Только первый газ содержит два атома, а второй - три.

Аллотропия фосфора имеет другую природу. Объединяясь, его атомы способны образовывать кристаллические решетки различного типа. Как это возможно? В молекуле этого вещества образуются три ковалентные связи. Но попарно их связывает только одно.Оставшиеся две валентные единицы используются для присоединения третьего и четвертого атомов. Таким образом, образуется атомная или молекулярная кристаллическая решетка.

Фосфор в природе

В обычных условиях это вещество не встречается в чистом виде. Это связано с его высокой химической активностью. Основные соединения фосфора - это соли - фосфаты и апатиты. Атомы фосфора входят в состав клеточных мембран, костной ткани и нуклеиновых кислот, которые являются носителями наследственной информации.

Свойства и название аллотропных модификаций фосфора

В зависимости от типа кристаллической решетки это вещество может быть представлено несколькими модификациями. Это белый, желтый, красный и черный. Аллотропные модификации фосфора получили свое название из-за цвета. В условиях высокого давления белый и красный фосфор превращаются в черный. Физические свойства каждого вида резко различаются. Рассмотрим каждую из них отдельно.

Белый фосфор

Приготовление этой аллотропной модификации фосфора можно назвать «фантастическим совпадением». В конце семнадцатого века немецкий алхимик Хеннинг Бранд работал над созданием философского камня. По легендам того времени, он обладал удивительными свойствами: превращать черные металлы в золото, дарить вечную жизнь и свободу. Выпарив мочу, ученый получил сухой остаток. Поскольку это вещество светилось в темноте, Бранд решил, что это философский камень.По факту? это был белый фосфор.

Рассмотрим свойства и структуру этой аллотропной модификации фосфора. Это бесцветное или желтоватое кристаллическое вещество. Его твердость невелика - белый фосфор можно разрезать ножом под водой. Не растворяется в воде, плавится при температуре 44 градуса Цельсия.

Эта аллотропная модификация фосфора отличается от всех других значительной химической активностью. Уже при 40 градусах он вступает в реакцию с кислородом и воспламеняется.Эта форма самая ядовитая.

Желтый фосфор

Это вещество относится к группе высокотоксичных. Желтый фосфор называют неочищенным белым. Легко воспламеняется на воздухе. Образуется ярко-зеленое пламя и выделяется большое количество едкого белого дыма. Поскольку желтый фосфор способен к самовозгоранию, он хранится и транспортируется только под слоем воды.

Красный фосфор

Аллотропные модификации фосфора могут переходить друг в друга.Для этого нужны определенные условия. Так, при длительном нагревании под высоким давлением и в присутствии углекислого газа белый фосфор превращается в красный. Впервые эта реакция была проведена в конце 19 века австрийским химиком Риттером Шреттером.

Красный фосфор менее химически активен. Это вещество растворимо только в расплавленном свинце и висмуте. При повышении температуры процесса воспламенения не происходит. Красный фосфор превращается в пар, который затем - в белый.Но чтобы возник пожар, необходимо ударить или растереть это вещество.

Эта модификация менее токсична, чем белая. Поэтому широко применяется при производстве м

.

Смотрите также