Alotropia - zjawisko występowania różnych odmian krystalograficznych lub cząsteczek zawierających różną liczbę atomów tego samego pierwiastka chemicznego.
Odmiany alotropowe nie są fazami skupienia w sensie fizycznym, a przejścia z jednej odmiany alotropowej do drugiej nie zachodzą w ściśle określonych temperaturach lecz są zależne od termicznej historii próbek. Powoduje to, że dany pierwiastek może występować w dwóch różnych odmianach alotropowych w tej samej temperaturze.
Najbardziej znane pierwiastki tworzące odmiany alotropowe:
· węgiel występujący w formie diamentu, grafitu, fullerenu i nanorurek
· fosfor występujący w formie fosforu czerwonego, białego, fioletowego i czarnego
· siarka występująca w formie romboidalnej, jednoskośnej i polimerycznej.
· żelazo o sieci regularnej przestrzennie centrowanej oraz regularnej ściennie centrowanej .
Analogiczne zjawisko zachodzące w przypadku związków chemicznych nazywa się polimorfizmem i nie należy go mylić z alotropią.
Fosfor biały jest najaktywniejszą odmianą fosforu. Jego cząsteczka składa się z 4 atomów. Jest skrajnie łatwopalny. Przechowuje się go pod wodą lub w nafcie, ponieważ ze względu na swoją dużą aktywność na wolnym powietrzu szybko się utlenia, przy czym dochodzi do gwałtownego samozapłonu. Z tego powodu dawniej produkowano z niego zapałki, które po potarciu o cokolwiek zapalały się.
Fosfor biały jest trudny do ugaszenia, nie wolno gasić go wodą ponieważ w wysokich temperaturach reaguje z wodą, która go tylko rozprasza. Jest silnie trujący, a dla człowieka o masie 60 kg śmiertelna dawka wynosi 100 mg. Te własności powodują, że jest on używany jako broń zapalająca. Palący się biały fosfor szybko rozgrzewa się do 1300°C i wydziela dużą ilość żrącego dymu.
Fosfor czerwony nie jest tak łatwopalny jak fosfor biały, ale jego ugaszenie również jest bardzo trudne, ponieważ pali się nawet przy ograniczonym dostępie tlenu. Fosfor czerwony ma budowę bezpostaciową.
Właściwości fosforu fioletowego i czarnego są słabo poznane.
Siarka posiada kilka odmian alotropowych, z których trzy najważniejsze to siarka rombowa, jednoskośna i amorficzna.
Tlen występuje w dwóch postaciach alotropowych: w postaci cząsteczek O2 - jest to odmiana występująca częściej ze względu na swoją większą trwałość w postaci cząsteczek O3 - w tej postaci powstaje w wyniku silnych wyładowań elektrycznych w powietrzu (lub czystym tlenie). Sztucznie otrzymuje się go w eudiometrze, a naturalnie występuje na skutek wyładowań atmosferycznych. Reakcja ta jest endoenergetyczna. Energii dostarczają wyładowania elektryczne:
3 O2 → 2 O3 ↑
Cyna tworzy trzy odmiany alotropowe. W warunkach normalnych występuje w typowo metalicznej odmianie β (beta) zwanej cyną białą. Podczas zginania pręta lub drutu z takiej cyny słychać charakterystyczny chrzęst ("krzyk cyny"), wywołany przez wzajemne tarcie o siebie kryształów. Gdy temperatura otoczenia spada poniżej 13 stopni, cyna przechodzi w odmianę alfa, rozsypuje się w szary proszek, ogarnia ją tzw. :"trąd (zaraza) cynowy", który to proces posuwa się bardzo powoli. Ta „choroba” jest jednak zaraźliwa. Jeżeli kawałkiem "chorej" cyny dotknie się zdrowej, ta zaczyna się także rozpadać (na skutek autokatalizy przemiany fazowej). Odmiana beta ma sieć krystaliczną układzie tetragonalnym, o gęstości 7,3 g/cm3. Czysta cyna biała jest ciągliwa i kowalna, odporna na korozję.
W 1923 roku Brönsted i Lowry ogłosili niezależnie od siebie teorię kwasów i zasad opartą na mechanizmie odszczepiania i przyłączenia jonu wodorowego przez różne substancje.
Zgodnie z tą teorią kwasem nazywa się substancję, która ma zdolność odszczepienia protonu (jonu wodorowego), natomiast zasadą substancję, która ma zdolność przyłączenia protonu.
kwas Û zasada + H+
Cząsteczka kwasu oddając proton staje się zasadą, która może przyłączyć proton i stać się kwasem
Równowaga kwasowo-zasadowa Brönsteda i Lowry’ego zakłada, że z każdym kwasem musi być sprzężona odpowiednia zasada.
Ilustrują to poniżej przedstawione przykłady:
H3O+ Û H2O + H+ kwas zasada
H2O Û OH- + H+
kwas zasada
NH4+ Û NH3 + H+
CH3COOH Û CH3COO- + H+
Reakcja protolityczna – związana z przekazaniem protonu od kwasu do zasady.
Z zapisu równań wynika, że cząsteczka wody w reakcji może być zasadą lub kwasem.
Substancje, które mogą wykazywać zarówno własności kwasowe jak i zasadowe nazywa się substancjami amfoterycznymi (amfoterami).
Rozpuszczalniki o właściwościach amfoterycznych (np. woda) nazywa się rozpuszczalnikami amfiprotycznymi.
Rozpuszczalniki, które łatwiej odszczepiają protony niż je przyłączają (np. lodowaty kwas octowy) – to rozpuszczalniki protogenne.
Substancje pozbawione zdolności wiązania protonów (np. benzen, chloroform, toluen) – to rozpuszczalniki aprotyczne.
Przykłady reakcji protolitycznych:
kwas A1 zasada B2 kwas A2 zasada B1
HCl + H2O Û H3O+ + Cl-
H2SO4 + H2O Û H3O+ + HSO4-
HNO3 + H2O Û H3O+ + NO3-
H2O + NH3 Û NH4+ + OH-
H2O + CH3COO- Û CH3COOH + OH-
NH4+ + H2O Û H3O+ + NH3
HCO3- + H2O Û H3O+ + CO3-2
H2O + HCO3- Û H2CO3 + OH-
Według teorii protonowej kwasami, oprócz tych uznanych przez Ahreniusa, są również: kompleksowe kationy: NH4+, H3O+ lub tp. , a także aniony: HCO3-, HSO4- , H2PO4-, HPO42-, HS- i inne.
Zasadami są aniony: Cl-, NO3-, HSO4-, CH3COO-, SO42-, OH- i tp. oraz związki, posiadające w cząsteczce wolną parę elektronową mogącą przyłączyć proton, np. amoniak NH3, woda H2O, anilina C6H5NH2 i inne związki organiczne zawierające grupę aminową NH2- lub iminową =NH związana z atomem węgla.
Stężenie jonów wodorowych H+ (hydroniowych H3O+) jest miarą kwasowości roztworu.
Granice tego stężenia wyznaczone są wielkościami stałych dysocjacji odpowiednich równowag auto-dysocjacji poszczególnych rozpuszczalników.
Autodysocjacja wody:
H2O + H2O Û H3O+ + OH-
lub w uproszczeniu: H...
heaven_paradise