ایده آلوتروپ برای اولین بار در سال ۱۸۴۱ توسط Jons Jakob Berzelius، دانشمند سوئدی مطرح شد. بسته به نحوه پیوند اتم ها با یکدیگر، اشکال مختلفی از یک عنصر وجود دارد. تعریف آلوتروپ یک یا چند شکل از یک عنصر شیمیایی است که می تواند در یک حالت فیزیکی وجود داشته باشد. نحوه پیوند اتم ها با یکدیگر آلوتروپ های مختلفی را ایجاد می کند که هر کدام دارای خواص شیمیایی و فیزیکی منحصر به فردی هستند. یک عنصر می تواند آلوتروپ ها را به دلیل تغییرات دما، فشار یا قرار گرفتن در معرض نور تغییر دهد.
فهرست
آلوتروپیسم در مقابل پلی مورفیسم
پلی مورفیسم یا چند شکلی و آلوتروپیسم شبیه به هم هستند، اما باهم متفاوت دارند. تفاوت اصلی بین این دو این است که پلی مورفیسم در ترکیبات شیمیایی (دو یا چند عنصر) رخ می دهد در حالی که آلوتروپیسم در عناصر شیمیایی رخ می دهد. پلی مورفیسم به دلیل ساختارهای کریستالی مختلف در ترکیب است که تا حد زیادی به دلیل شرایط مختلفی که می تواند در طول فرآیند تبلور رخ دهد، ایجاد می شود.
مولکول های موجود در ترکیب دارای اشکال مختلفی هستند. این را می توان در موادی مانند پلیمرها، مواد معدنی و فلزات یافت. آلوتروپیسم به این دلیل است که چگونه اتم های یک عنصر دقیقاً یکسان به یکدیگر متصل می شوند. این امر اشکال مختلفی از یک عنصر را با خواص بسیار متفاوت ایجاد می کند.
انواع آلوتروپ ها
بیشتر عناصر دارای آلوتروپ هستند. در حالی که این می تواند تنوع زیادی از انواع مختلف ایجاد کند، آلوتروپ ها به دو دسته اصلی تقسیم می شوند.
منو تروپیک: در این نوع یکی از شکل های آلوتروپ یک عنصر در همه انواع شرایط پایدارتر است.
انانتیوترویپک: در این نوع، اشکال مختلف آلوتروپ یک عنصر در شرایط مختلف پایدار است.
نمونه هایی از آلوتروپ های فلزی و غیر فلزی
آلوتروپ ها اغلب به صورت جامد هستند، اما می توانند به صورت مایع یا گاز نیز وجود داشته باشند. عناصر مختلفی وجود دارند که دارای آلوتروپ هستند، از جمله فلزات، متالوئیدها و غیرفلزها. آلوتروپ های غیر فلزات معمولاً شناخته می شوند زیرا تمایل به تغییر رنگ دارند، تغییری در ویژگی فیزیکی که به راحتی قابل مشاهده است.
آلوتروپ های غیر فلزی
یک عنصر غیر فلزی رایج که دارای آلوتروپ است، کربن است که منوتروپیک است. گرافیت و الماس هر دو آلوتروپ کربن هستند که بسیار متفاوت هستند. در گرافیت، اتم ها به گونه ای پیوند می خورند که صفحاتی از یک شبکه شش ضلعی را تشکیل می دهند و شکلی از کربن را ایجاد می کنند که نرم است. گرافیت نیز آلوتروپ پایدارتر است. از سوی دیگر، الماس دارای اتم هایی است که به صورت یک شبکه چهار وجهی تشکیل شده و ماده بسیار سختی را ایجاد می کند. آنها همچنین دارای نقاط ذوب، نقاط جوش و واکنش های متفاوتی هستند. سایر آلوتروپ های کربن عبارتند از: گرافن به شکل شبکه دو بعدی لانه زنبوری، کربن آمورف غیر کریستالی، لونسدالیت یا الماس شش ضلعی، فولرن ها و نانولوله ها.
یکی دیگر از فلزات غیرفلزی که دارای آلوتروپ های متعدد است، اکسیژن است که آن هم منوتروپیک است. دی‌اکسیژن یک آلوتروپ است که از دو اتم اکسیژن به هم پیوند خورده تشکیل شده و پایدارترین آلوتروپ است. اوزون از سه اتم اکسیژن که به یکدیگر پیوند دارند تشکیل می شود. تترااکسیژن از چهار اتم به هم وصل شده و به رنگ آبی کم رنگ تا صورتی است. هنگامی که هشت اتم اکسیژن به یکدیگر پیوند می خورند، آلوتروپ دیگری به نام اکتاواکسیژن را تشکیل می دهد که از کریستال های قرمز رنگ ساخته شده است.
آلوتروپ های متالوئیدی
متالوئیدها عناصری هستند که خواص فلزی و غیرفلزی را از خود نشان می دهند. یکی از این عناصر سیلیکون است. سیلیکون کریستالی از اتم هایی در یک ساختار چهار وجهی ساخته شده است که هر اتم به چهار اتم دیگر متصل است. سیلیکون آمورف شکلی غیر کریستالی است که در آن اتم ها به طور محکم در کنار هم قرار نمی گیرند. هر دو نوع سیلیکون برای تولید سلول های خورشیدی برای ایجاد پنل های خورشیدی برای برق استفاده می شود.
بور یک متالوئید دیگر است که دارای آلوتروپ های متعدد است. بتا بور یکی از رایج ترین اشکال آن است. از آلومینیوم سبکتر است و نقطه ذوب بالای ۲۰۸۰ درجه سانتیگراد دارد. دیگر آلوتروپ رایج تر، پودر آمورف بور است که یک پودر ریز تقسیم شده است.
آلوتروپ های فلزی
قلع فلزی است که چندین آلوتروپ دارد و انانتیوتروپ است. قلع آلفا خاکستری رنگ است. آلوتروپ بتا قلع سفید است و در دماهای بالاتر پایدار است.