Główna różnica – alotropy a izotopy

Pierwiastki chemiczne mogą występować naturalnie w kilku różnych formach. Czasami pierwiastki znajdują się w połączeniu z innymi pierwiastkami, a czasami pierwiastki znajdują się w swojej formie pierwiastkowej, takiej jak złoto (Au). Jednak niektóre pierwiastki naturalnie występują w różnych formach, ale są w tym samym stanie fizycznym. Takie pierwiastki nazywane są alotropami. Istnieją również pierwiastki, które mają różne formy struktur atomowych. Nazywane są izotopami. Główna różnica między alotropami a izotopami polega na tym, że alotropy są zdefiniowane na ich poziomie molekularnym, podczas gdy izotopy są zdefiniowane na ich poziomie atomowym.

Kluczowe obszary objęte

1. Czym są alotropy – Definicja, właściwości, przykłady 2. Czym są izotopy? – Definicja, właściwości, przykłady 3. Jaka jest różnica między alotropami a izotopami? – Porównanie kluczowych różnic

Kluczowe terminy: alotropy, alotropia, węgiel, złoto, wodór, izotopy, siarka

Czym są alotropy

Alotropy to różne formy tego samego pierwiastka chemicznego, które są stabilne w tym samym stanie fizycznym. W alotropach atomy tego samego pierwiastka są ze sobą powiązane na różne sposoby. Innymi słowy, przestrzenny układ atomów różni się w zależności od alotropu. Alotrop składa się tylko z atomów tego samego pierwiastka. Nie ma kombinacji atomów różnych pierwiastków.

Stan fizyczny alotropów tego samego pierwiastka chemicznego jest taki sam. Ale wzory cząsteczkowe alotropów mogą być równe lub różne od siebie. Dlatego właściwości chemiczne i fizyczne alotropów mogą się od siebie różnić.

Alotropia to termin używany do opisania obecności lub braku alotropów dla określonego pierwiastka chemicznego. Wszystkie pierwiastki chemiczne nie mają alotropów. Tylko niektóre pierwiastki wykazują alotropię. Poniżej omówiono niektóre typowe przykłady.

Węgiel (C)

Węgiel jest głównym pierwiastkiem chemicznym wykazującym alotropię. Najczęstszymi alotropami węgla są grafit i diament. Zarówno grafit, jak i diament składają się wyłącznie z atomów węgla. Ale struktura molekularna, hybrydyzacja atomów węgla i inne ich właściwości fizyczne różnią się od siebie.

Rysunek 01: Struktury chemiczne i wygląd diamentu i grafitu

Tlen

Alotropami tlenu są Dioxygen (O₂) i ozonu (O₃). Obydwa występują w naturze w fazie gazowej i różnią się od siebie budową molekularną, właściwościami chemicznymi i fizycznymi.

Siarka

Siarka w przyrodzie występuje jako S₈ jednostki. Jednostki te składają się z ośmiu atomów siarki. Tutaj jeden atom siarki jest związany z dwoma innymi atomami siarki, tworząc strukturę cykliczną. Te cykliczne struktury mogą mieć strukturę rombową, igłową (jednoskośną) lub rombową. Ogólna struktura S₈ to struktura korony.

Rysunek 02: Struktura korony S8

Alotropię definiuje się dla cząsteczek w stanie fizycznym. Dlatego woda w stanie ciekłym i lód nie są alotropami, mimo że oba składają się tylko z cząsteczek wody (H₂O).

Czym są izotopy

Izotopy to różne formy struktur atomowych tego samego pierwiastka chemicznego. Ogólnie rzecz biorąc, atom składa się z jądra i chmury elektronowej otaczającej to jądro. Jądro składa się z protonów i neutronów, podczas gdy chmura elektronów składa się tylko z elektronów. Element składa się z unikalnej liczby protonów. Liczba atomowa pierwiastka to liczba protonów. Dlatego każdy pierwiastek chemiczny ma unikalną liczbę atomową. Układ okresowy pierwiastków zbudowany jest na podstawie liczby atomowej pierwiastków. Tutaj pierwiastki chemiczne są ułożone w porządku rosnącym liczby atomowej. Jednak liczba neutronów obecnych w jądrze nie jest unikalną wartością dla pierwiastków. Atomy tego samego pierwiastka mogą mieć w swoim jądrze różną liczbę neutronów. Te atomy nazywane są izotopami.

Izotopy danego pierwiastka mogą być stabilne lub niestabilne. Niestabilne izotopy mogą ulegać rozpadowi radioaktywnemu w celu uzyskania stabilnej postaci. Niektóre z najczęstszych izotopów podano poniżej.

Wodór (H)

Liczba atomowa wodoru wynosi 1. Dlatego składa się z 1 protonu. Istnieją 3 wspólne izotopy wodoru. Są to prot, deuter i tryt. Protium nie zawiera neutronów; Deuter ma jeden neutron, a tryt ma dwa neutrony w swoim jądrze.

Rysunek 03: Izotopy wodoru

Hel

Hel składa się z dwóch protonów. Naturalnie występujące izotopy helu mają 1 neutron lub 2 neutrony.

Rysunek 04: Izotopy helu

Węgiel

Atomy węgla występują również w formach izotopowych. Najpopularniejszy izotop węgla składa się z 6 neutronów. Niektóre izotopy węgla mają 7 lub 8 neutronów.

Różnica między alotropami a izotopami

Definicja

Alotropy: Alotropy to różne formy tego samego pierwiastka chemicznego, które są stabilne w tym samym stanie fizycznym.

Izotopy: Izotopy to różne formy struktur atomowych tego samego pierwiastka chemicznego.

Natura

Alotropy: Alotropy opisują struktury molekularne.

Izotopy: Izotopy opisują struktury atomowe.

Masa

Alotropy: Masa molowa alotropów może być równa lub różna od siebie.

Izotopy: Liczba atomowa izotopów jest taka sama, ale masy atomowe różnią się od siebie.

Obfitość

Alotropy: Nie wszystkie pierwiastki chemiczne zawierają alotropy.

Izotopy: Izotopy znajdują się prawie we wszystkich pierwiastkach.

Właściwości chemiczne

Alotropy: Właściwości chemiczne alotropów różnią się od siebie.

Izotopy: Właściwości chemiczne izotopów są podobne ze względu na obecność równej liczby elektronów.

Stabilność

Alotropy: Allotropy to stabilne cząsteczki, które występują w naturze.

Izotopy: Niektóre izotopy są stabilne, podczas gdy inne są niestabilne.

Wniosek

Zarówno alotropy, jak i izotopy odnoszą się do różnych form danego pierwiastka chemicznego. Alotropy wyjaśniają różnice w strukturach molekularnych. Izotopy wyjaśniają różnice w strukturach atomowych. To jest główna różnica między alotropami a izotopami. Alotropy mogą mieć bardzo niewielkie różnice we właściwościach lub duże różnice. Jednak większość izotopów różni się od siebie stabilnością, a nie innymi właściwościami. Właściwości chemiczne izotopów byłyby takie same, ponieważ mają taką samą liczbę elektronów. Prawie wszystkie właściwości chemiczne zależą od liczby i rozmieszczenia elektronów.

Bibliografia:

1. Helmenstyna, Anna Maria. „Co to jest izotop? Definicja i przykłady”. Myśl Co. n.p., b.d. Sieć. Dostępny tutaj. 20 lipca 2017 r. 2. „Izotopy i alotropy”. GKTDzień. n.p., b.d. Sieć. Dostępny tutaj. 20 lipca 2017 r.

Zdjęcie dzięki uprzejmości:

1.”Diament i grafit2” Autor: Diamond_and_graphite.jpg: Użytkownik:ItubPraca pochodna: Materialscientist (dyskusja) – Diamond_and_graphite.jpgFile:Graphite-tn19a.jpg (CC BY-SA 3.0) przez Commons Wikimedia2. „Cyklooktasiarcza-nad kulkami 3D” (domena publiczna) przez Commons Wikimedia3. „Blausen 0530 HydrogenIsotopes” BruceBlaus - Praca własna (CC BY 3.0) przez Commons Wikimedia4. „Helium-3 and Helium-4” Autor: Uwe W. – Praca własna (domena publiczna) za pośrednictwem Commons Wikimedia