Если сравнить свойства графита и алмаза, то никогда и не подумаешь, что всё это один и тот же углерод. Сложно себе представить, что черный, ломкий, маркий и даже маслянистый материал может иметь что-то общее с твёрдым алмазом.
Но в природе существует такое понятие, как аллотропия. Аллотропными модификациями называются разные вещества, которые получены из одного химического элемента. Графит и алмаз тут самые частые примеры, о которых вспоминают и на уроках химии, и на лекциях по материаловедению. Всё это углерод в разных формах. Ещё тут можно выделить очень модный графен и фуллерены.
Что понимается под формой?
Под разными формами понимается разное устройство кристаллической решетки, которая составлена из одного и того же химического элемента, но которые объединяются в разные пространственные модификации и в различном количестве.
Разительно отличающиеся свойства аллотропных модификаций объясняет взаимное расположение атомов в структуре вещества. Так, если какой-то атом технически проще оторвать от обще системы в виду меньшего количества связей, то, например, механические свойства такой модификации будут иметь худшие показатели. Химические свойства объясняются аналогичным образом. Например, при одном способе объединения сохраняются свободные связи и другие элементы легко вступают в реакцию с модификацией, а при другом - нет. В итоге один вариант более химически активен, а другой вариант вообще может оказаться инертен.
Главный вопрос, который возникает при изучении аллотропии - это как так получается, что в одном случае атомы объединялись так-то, а в другом варианте они сделали это иначе? На канале мы уже когда-то разбирали причины формирования той или иной структуры.
Почему аллотропия бывает не у всех?
Представьте себе, что вы спускаете с горки разные предметы. Пока это шары они катятся одинаково и образуют правильную структуру у подножия горы. Предметы могут иметь разную форму. Например, вы скатываете с горки пирамидки и шары. Они тоже упакуются определенным образом у подножия. Если предметы будут иметь ещё магнитные свойства, то получится нечто типа связанной структуры того или иного типа. Так формируется обычная кристаллическая решетка.
Теперь представим, что при скатывании с той же самой горы пирамидок и шаров, мы буде трясти плоскость, по которой они спускаются. Это, вероятнее всего, скажется на скоплении объектов у подножия горки. Ещё можно изменить плоскость и сделать там трамплин, чтобы фигуры подпрыгивали. Укладка тоже получится иная.
Переводя эту логику на химические элементы нужно сказать, что для некоторых элементов (шары и пирамидки) образование структуры возможно только лишь при правильной укладке без внешних воздействий. У некоторых же элементов устойчивая структура может получиться и в случае, когда объекты свободно катятся с горы, и в случае, когда мы вмешиваемся в процесс и делаем трамплины и т.п. и т.д. Атомы, оказавшиеся в некоторых условиях, точно также начинают взаимодействовать при объединении, испытывая на себе влияние гравитационного взаимодействия и электромагнитных полей. Таких факторов очень много.
Трамплины и трясущаяся плоскость - это обобщенный пример внешнего воздействия. Например, тот же самый алмаз получится в случае, если процесс происходит при высоком давлении. В обычных условиях родится графит. Далеко не все химические элементы могут похвалиться способностью составлять разные вещества и влияют на эту способность множество факторов - энергия атома, свободные взаимодействия, наличие валентных электронов и другие параметры. Для их перечисления не хватит и книги.
Полезно знать о такой специфики ряда химических элементов, поскольку воздействие, которое мы оказываем на них может помочь породить новые вещества и материалы с уникальными свойствами простой комбинаторикой. Так, например, получилось с графеном. При переходе от пространственной структуры к структуре, толщиной всего в один атом, этот материал стал демонстрировать свойства метаматериалов.
⚠ Обязательно подписывайтесь на мой канал в ДЗЕН, тыкайте лайк 👍 и возвращайтесь за новым контентом! Материалы выходят регулярно!
👉 Тут я размещаю ссылки на новые материалы в ДЗЕНе
🔹 Не забывайте читать новые статьи на сайте!