Les allotropes sont des formes d'un élément chimique, qui diffèrent au niveau moléculaire, ou à la manière dont les atomes sont disposés dans des molécules. De nombreux éléments se produisent dans différentes allotropes, parmi eux carbone , l'oxygène , le phosphore et le soufre . Ces différentes formes peuvent différer considérablement dans leurs propriétés physiques telles que la couleur, la dureté et la conductivité électrique, et à leur réactivité chimique. Il y a différentes façons dont on allotrope peut être converti en un autre, y compris par le chauffage et le refroidissement à haute pression ou encore l'exposition à la lumière.Un allotrope doit pas être confondu avec un isotope , qui diffère au niveau atomique, plutôt que moléculaire.
Il existe deux types de allotrope. Le type énantiotrope peut subir un changement réversible dans une autre allotrope sous certaines conditions, comme la température ou une pression différente. Par exemple, il s'agit d'une forme de l'élément d'étain qui est stable au-dessous de 55,4 ° F (13 ° C), et un autre qui est stable au-dessus de cette température, - il est possible de convertir une à l'autre, et vice-versa en élevant ou abaissant la température.Signifie monotrope qu'une forme est la plus stable, et ne peut pas être converti facilement et d'une autre forme; quelques exemples sont la forme de graphite de carbone, et la forme la plus commune de l'oxygène (O 2 ), par opposition à la moins stable ozone ( S 3 ).
Carbon
Le carbone est l'élément le plus grand nombre de allotropes, même si - en 2013 - le nombre exact n'est pas clair que certains ont été contestés. Les différentes formes acceptées sont radicalement différents les uns des autres, allant du doux au dur, opaque à transparent, abrasifs pour lisser et d'afficher de nombreuses autres variantes et de contrastes. La capacité de cet élément à prendre une multitude de formes différentes provient du fait qu'un atome de carbone peut former quatre liaisons simples aux autres atomes. Il peut également constituer double, triple et parfois, les obligations. Cela permet une grande variété dans les types de structures moléculaires et cristallines qui sont possibles.
Carbone amorphe est la forme la plus courante et connue de presque tous comme le charbon , charbon de bois et de suie. Ce noir, allotrope opaque est non cristalline, et les atomes ne font pas des structures régulières. Le charbon est en fait tout à fait une forme impure dans ce 10% ou plus est constituée d'autres éléments.
Le graphite est le matériau qui forme le «lead» dans les crayons. Il se compose de feuilles d'atomes de carbone disposés en hexagones bidimensionnelles liées. Les feuilles glissent l'un l'autre facilement, c'est pourquoi il peut être utilisé pour écrire sur le papier. Bien que le carbone est un non-métal, ce allotrope a un aspect légèrement métallique et conduit l'électricité.
Le diamant est un type cristalline du carbone dans lequel chaque atome possède quatre liaisons simples joindre à d'autres atomes, formant lié tétraèdres. Il se forme naturellement profondeurs de la Terre, à des températures élevées et des pressions très élevées. Bien qu'ils soient extrêmement difficile, en raison de la structure est et la force des liens qui maintiennent les atomes entre eux, les diamants ne sont pas éternels: la structure n'est pas complètement stable à la pression normale et à la température, et il se transforme très lentement au graphite. Le changement, cependant, est si lent qu'il n'est pas perceptible sur des périodes de l'homme. Les diamants peuvent également être créés artificiellement à partir de graphite à haute température et de pression.
Un autre allotrope cristallin est le lonsdaleite minérale. Il ressemble diamant et est pensé pour être créé, en petites quantités, par l'impact des météorites. La pression créée convertit graphite en une forme en trois dimensions qui conserve la structure hexagonale, produisant ainsi un matériau dur et cristallin.
Parmi les formes les plus fascinants de carbone sont les fullerènes. Ce sont creuses, des structures tridimensionnelles avec des murs constitués d'arrangements d'atomes en hexagones, pentagones, et parfois d'autres formes. Un des plus connus est le " fullerène ", ou plus correctement, buckminsterfullerene: 60 atomes de carbone qui forment une sphère creuse, également connu sous le nom C 60 . Grandes sphères sont également possibles, avec un plus grand nombre d'atomes de carbone. Fullerènes peuvent être fabriqués, mais aussi se produisent naturellement, et ont été trouvés sur la Terre dans la suie et dans l'espace.
Les nanotubes sont une autre forme bien connue de fullerène. Il s'agit de minuscules cylindres dont les parois ont une structure similaire à celles des fullerènes. Ils peuvent atteindre plusieurs millimètres de long et peut être ouvert ou fermé aux extrémités. Les nanotubes ont un rapport très haute résistance-poids, et sont aussi de bons conducteurs électriques; on pense qu'ils peuvent avoir de nombreuses applications technologiques importantes, en particulier dans le monde de la nanotechnologie.
Carbon nanomousse est un allotrope synthétique constitué d'atomes liés dans une structure en forme de bande. Il est l'un des matériaux les plus légers connus, en raison de sa densité extrêmement faible, et est à seulement quelques fois plus lourd que l'air.Exceptionnellement, il est ferromagnétique - attirés vers des aimants - et est également un semi-conducteur.
Oxygen
L'oxygène de l'air que vous respirez est constitué de molécules contenant deux atomes d'oxygène - O 2 . Les atomes de cet élément peuvent se former des liaisons simples avec deux autres atomes ou une double liaison avec un autre. La forme normale de l'oxygène a une double liaison entre les deux atomes de carbone, mais elle peut également exister dans une molécule contenant au moins trois atomes, chacun reliés par des liaisons simples aux deux autres. Ce formulaire est connu comme l'ozone (O 3 ).
L'ozone est moins stable et beaucoup plus réactif, que O 2 , et dans sa forme pure, c'est un grave risque d'incendie. Il est également toxique, car il endommage les poumons en cas d'inhalation. L'ozone peut être produit par les réactions des gaz produits par d'échappement automobile sous l'influence de la lumière du soleil, et peut devenir un polluant important dans les zones urbaines. Il est également produit dans la haute atmosphère par l'interaction de O 2 et les rayons ultraviolets du Soleil, formant la «couche d'ozone» qui protège les organismes vivant à la surface de la Terre des formes les plus néfastes de la lumière ultraviolette.
Phosphore
Ceci est un autre élément avec plusieurs allotropes fortement contrastées. Quand il est d'abord isolé de ses composés, il apparaît que le phosphore blanc. Ce formulaire est composé de tétraèdres de quatre atomes, il est très réactif, très toxique, et brille dans le noir à température ambiante, en raison d'une réaction lente avec l'oxygène dans l'air. En chauffant pendant un certain temps dans un récipient fermé, il peut être converti en phosphore rouge, un beaucoup moins réactive, sous une forme non toxique, dans lequel les tétraèdres sont liés à des chaînes. Une troisième forme, le phosphore noir, peut être obtenu en chauffant la forme blanche à haute pression - il a ses atomes disposés en hexagones qui forment des feuilles, un peu comme le graphite.
