АЛЛОТРОПИ́Я -и; ж. [от греч. allos - другой и tropos - поворот, направление]. Существование одного и того же химического элемента в виде двух или нескольких простых веществ, различных по строению и свойствам.
◁ Аллотропи́ческий, -ая, -ое. Графит и алмаз являются аллотропическими видоизменениями углерода.
* * *
аллотро́пия (от алло... и греч. trópos - поворот, свойство), существование химических элементов в виде двух или более простых веществ. Может быть обусловлена образованием молекул с различным числом атомов (например, кислород О2 и озон О3) либо кристаллов различных модификаций (например, алмаз и графит, состоящие из атомов углерода). В последнем примере аллотропия - частный случай полиморфизма.
* * *
АЛЛОТРОПИЯ - АЛЛОТРО́ПИЯ (от алло... и греч. tropos - поворот, свойство), существование химических элементов в виде двух или более кристаллических фаз (см. ФАЗА). Аллотропия - частный случай полиморфизма (см. ПОЛИМОРФИЗМ (в минералогии)). В понятие аллотропия включают также существование некристаллических фаз, таких, как кислород и озон, орто- и параводород.
Большинство простых веществ существуют в нескольких аллотропных модификациях. Например, для чистого железа при атмосферном давлении известны три модификации:
a-железо « b-железо « d-железо
ОЦК 910о С ГЦК 1400о С ОЦК
Общеизвестен пример существования двух модификаций олова: серое a-олово - полупроводник со структурой алмаза и белое b-олово - типичный металл.
Каждая полиморфная (аллотропная) модификация вещества стабильна лишь в своей области температур и давлений, но и в метастабильном, неустойчивом состоянии она может существовать достаточно долго. Полиморфизм олова является здесь хорошим примером. Белое олово может переохлаждаться ниже температуры перехода, равной 13,2 °С, и существовать в виде белого металла достаточно долго. Однако его состояние при температуре менее 13,2 °С неустойчиво, поэтому сотрясение, механическое повреждение, внесение стабильной затравки вызывает резкий скачкообразный переход, получивший название «оловянной чумы». Переход из b- в a-модификацию происходит с изменением типа связи от металлической к ковалентной и сопровождается резким изменением объема. Коэффициент линейного расширения у серого олова в четыре раза больше, чем у белого, поэтому белое олово, переходя в серое, рассыпается в порошок.
Углерод существует в двух четко различающихся кристаллических аллотропных формах: в виде алмаза (см. АЛМАЗ (минерал)) и графита (см. ГРАФИТ). Раньше полагали, что так называемые аморфные формы углерода, древесный уголь и сажа, - тоже его аллотропные модификации, но оказалось, что они имеют такое же кристаллическое строение, что и графит. Полиморфное превращение кристаллов углерода - пример монотропного, т. е. необратимого, перехода. При температурах выше 1000 °С алмаз легко и быстро переходит в графит. В противоположность этому превратить графит в алмаз удается лишь при температурах более 3000 °С и давлениях до 100 Мпа, т. е. при условиях термодинамической устойчивости алмаза. Аналогичная картина наблюдается для фосфора (см. ФОСФОР). Белая его форма может превращаться в красную почти при любой температуре. При температурах ниже 200 °С процесс протекает очень медленно, но его можно ускорить с помощью катализатора, например йода. Обратный же переход красного фосфора в белый невозможен без образования промежуточной газовой фазы. Красная форма стабильна во всем диапазоне температур, где она находится в твердом состоянии, тогда как белая нестабильна при любой температуре (метастабильна). Переход из нестабильной формы в стабильную в принципе возможен при любой температуре, а обратный - нет, т. е. определенная точка перехода отсутствует. Здесь мы тоже имеем дело с монотропными модификациями элемента.
В случае серы при обычной температуре стабильной является ромбическая модификация серы, которая при нагревании до 95,6 °С и давлении 1 атм переходит в моноклинную форму. Последняя при охлаждении ниже 95,6 °С вновь переходит в ромбическую форму. Таким образом, переход одной формы серы в другую происходит при одной и той же температуре, и сами формы называются энантиотропными. Две известные модификации олова энантиотропны.
АЛЛОТРОПИЯ - существование химических элементов в двух или более молекулярных либо кристаллических формах. Например, аллотропами являются обычный кислород O2 и озон O3; в этом случае аллотропия обусловлена образованием молекул с разным числом атомов. Чаще всего аллотропия связана с образованием кристаллов различных модификаций. Углерод существует в двух четко различающихся кристаллических аллотропных формах: в виде алмаза и графита. Раньше полагали, что т.н. аморфные формы углерода, древесный уголь и сажа, - тоже его аллотропные модификации, но оказалось, что они имеют такое же кристаллическое строение, что и графит. Сера встречается в двух кристаллических модификациях: ромбической (a-S) и моноклинной (b-S); известны по крайней мере три ее некристаллические формы: l-S, m-S и фиолетовая. Для фосфора хорошо изучены белая и красная модификации, описан также черный фосфор; при температуре ниже -77° С существует еще одна разновидность белого фосфора. Обнаружены аллотропные модификации As, Sn, Sb, Se, а при высоких температурах - железа и многих других элементов.
Энантиотропные и монотропные формы. Кристаллические модификации химического элемента могут переходить одна в другую по-разному, что можно проиллюстрировать на примерах серы и фосфора. При обычной температуре стабильной является ромбическая модификация серы, которая при нагревании до 95,6° С и давлении 1 атм переходит в моноклинную форму. Последняя при охлаждении ниже 95,6° С вновь переходит в ромбическую форму. Таким образом, переход одной формы серы в другую происходит при одной и той же температуре, и сами формы называются энантиотропными. Другая картина наблюдается для фосфора. Белая его форма может превращаться в красную почти при любой температуре. При температурах ниже 200° С процесс протекает очень медленно, но его можно ускорить с помощью катализатора, например иода. Обратный же переход красного фосфора в белый невозможен без образования промежуточной газовой фазы. Красная форма стабильна во всем диапазоне температур, где она находится в твердом состоянии, тогда как белая нестабильна при любой температуре (метастабильна). Переход из нестабильной формы в стабильную в принципе возможен при любой температуре, а обратный - нет, т.е. определенная точка перехода отсутствует. Здесь мы имеем дело с монотропными модификациями элемента. Две известные модификации олова энантиотропны. Модификации углерода - графит и алмаз - монотропны, причем стабильной является форма графита. Красная и белая формы фосфора монотропны, а две белые его модификации энантиотропны, температура перехода равна -77° С при давлении 1 атм.
ЛИТЕРАТУРА
Эддисон У. Аллотропия химических элементов. М., 1966