Образование различных кристаллических решеток

Возможность образования двух и более видов молекул, содержащих различное число атомов

Кислород. Образует две аллотропные формы: O₂ и O₃ – озон. Они различаются как по физическим, так и по химическим свойствам.

Кислород O₂ – бесцветный газ, без запаха. Озон O₃ – газ голубого цвета с характерным запахом (даже свое название он получил от греч. wzein (ozein) – пахнуть).

В жидком и твердом состояниях кислород окрашен в бледно-голубой цвет. Озон в жидком состоянии интенсивно окрашен в фиолетовый цвет, в твердом состоянии имеет черно-фиолетовый цвет.

Кислород парамагнитен, озон диамагнитен.

Таблица 2
Температуры фазовых переходов О₂ и О₃

	Т кипения,°С	Т плавления,°С	плотность, г/см^3
О2	-182,8	-218,2	ж. 1,14
О3	-112	-193	ж. 1,51

По химической активности кислород и озон резко различаются. Озон более реакционноспособен, чем кислород, и проявляет более сильные окислительные свойства.

Несмотря на то, что кислород взаимодействует почти со всеми элементами в свободном виде, во многих случаях эти реакции протекают только при повышенной температуре. Озон же реагирует со многими веществами в таких условиях, когда кислород остается инертным, например,

O₃ + 2 KI + H₂O = O₂ + I₂ + 2 KOH
PbS + 2 O₃ = PbSO₄ + O₂

Озон окисляет ртуть и серебро в оксиды.

Фосфор. Известны две аллотропные формы фосфора: белая и красная. Белый фосфор состоит из тетраэдрических молекул P₄ . Красный фосфор можно рассматривать как полимерные молекулы P. Безусловно, в твердом состоянии эти модификации отличаются и строением кристаллических решеток, и физическими свойствами.

Все аллотропные формы фосфора также проявляют значительное различие и в химических свойствах, которые, прежде всего, заключаются в их различной реакционной способности. Белый фосфор – более активная, а красный – менее активная формы.

Белый фосфор медленно окисляется на воздухе уже при обычной температуре (чем обусловлено свечение белого фосфора), в то время как красный устойчив на воздухе и загорается только при нагревании.

Этот случай аллотропии можно рассматривать также и как полиморфизм простых веществ.

Углерод. Для углерода известно несколько аллотропных модификаций: графит, алмаз, карбин, фулерены.

Графит и алмаз образуют атомные кристаллические решетки, различающиеся по строению. Эти два вещества резко различаются и по своим физическим свойствам: алмаз бесцветный, прозрачный, графит черно-серого цвета, непрозрачный, алмаз – самое твердое вещество, графит – мягкий, алмаз не проводит электрический ток, графит проводит электрический ток. При обычных условиях алмаз является метастабильной (менее устойчивой) формой. При нагревании алмаза (t > 1 000°С) он необратимо переходит в графит. Переход графита в алмаз протекает при более высокой температуре и обязательно при очень высоком давлении.

Олово. Хорошо известны две аллотропные формы олова – серое и белое.

Серое олово (a-олово) существует при температуре ниже 13,2°С, проявляет полупроводниковые свойства, очень хрупкое вещество с плотностью 5,846 г/см³.

Белое олово (b-олово) – по физическим свойствам типичный металл серебристо-белого цвета, хорошо проводит тепло и электрический ток, пластичный, плотность 7,295 г/см³ устойчиво в интервале температур 13,2 – 173°С. Выше этой температуры b-олово переходит в другую модификацию –
d-олово, которое имеет другое строение кристаллической решетки и плотность 6,54 г/см³.

Многие полиморфные (или аллотропные) модификации могут находиться в метастабильном состоянии, т. е. существовать продолжительное время при условиях для них не характерных («в чужой области»).

Например, белое олово может переохлаждаться и существовать продолжительное время при температуре ниже 13,2°С, однако его состояние при этих условиях неустойчиво, поэтому механические повреждения, резкое сотрясение и т. п. могут вызвать резкий переход в a-форму. Это хорошо известное явление назвали «оловянной чумой». Примеси также оказывают существенное влияние на переход из одной формы в другую. Например, незначительная примесь висмута практически предотвращает переход белого олова в серое, а добавка алюминия, наоборот, ускоряет этот переход.

Для каждой аллотропной (или полиморфной) формы существует свой определенный интервал температур и давлений, где эта модификация устойчива. Например, при температурах до 95,6°С устойчива ромбическая сера (a-форма), а при более высокой температуре – моноклинная (b-форма). Эти две аллотропные формы отличаются друг от друга строением кристаллических решеток.

Сложное вещество, или соединение – вещество, состоящее из атомов разных химических элементов.

Изоморфизм (греч. izo – равный, подобный + morje – форма) – способность сходных по составу веществ образовывать смешанные кристаллы, в которых близкие по размеру атомы, ионы или атомные группировки случайным образом замещают друг друга.

Например, в кристаллах алюмокалиевых квасцов KAl(SO₄)₂ × 12 H₂O ионы калия могут быть замещены ионами рубидия или аммония, а ионы Al³⁺ ионами Cr³⁺ или Fe³⁺. В этом случае говорят, что катионы калия изоморфны катионам рубидия или аммония, а катионы алюминия изоморфны катионам хрома или железа.

Дата добавления: 2014-01-07