Кіріспе

Аллотропия немесе аллотропизм – кейбір химиялық элементтердің бір физикалық күйде екі немесе одан көп түрлі формада болу қасиеті, бұл формалар элементтердің аллотроптары деп аталады. Аллотроптар – элементтің әртүрлі құрылымдық түрлері: элемент атомдары әртүрлі тәсілмен байланысқан. Мысалы, көміртегінің аллотроптарына алмаз (көміртек атомдары тетраэдрдің кубикалық торларын құру үшін байланысқан), графит (көміртек атомдары алтыбұрышты тордың қабаттарында байланысқан), графен (графиттің жеке қабаттары) және фуллерендер (көміртек атомдары шар, түтік немесе эллипсоид пішіндес құрылымдарда байланысқан) жатады. Аллотропия термині тек элементтерге қатысты қолданылады, қосылыстарға емес. Кез келген қосылысқа қолданылатын жалпы термин – полиморфизм, бірақ оның қолданылуы көбінесе кристалл сияқты қатты материалдармен шектеледі. Аллотропия – бір физикалық фазадағы (заттың күйі, мысалы, қатты, сұйық немесе газ) элементтің әртүрлі формаларын көрсетеді. Осы күйлердің арасындағы айырмашылықтар ғана аллотропия мысалы болып табылмайды. Химиялық элементтердің аллотроптары көбінесе полиморфтар немесе элементтің фазалары деп аталады. Кейбір элементтер үшін аллотроптар әртүрлі молекулалық формулаларға немесе кристаллдық құрылымдарға ие, сондай-ақ физикалық фазада да айырмашылықтар болуы мүмкін; мысалы, оттегінің (диоксиген, O2 және озон, O3) екі аллотропы қатты, сұйық және газ күйінде болуы мүмкін. Басқа элементтер әртүрлі физикалық фазаларда ерекше аллотроптарды сақтамайды; мысалы, фосфорда көптеген қатты аллотроптар бар, олар сұйық күйге балқығанда барлығы бірдей P4 түріне қайта оралады.

Тарих

Аллотропия тұжырымдамасын 1840 жылы швед ғалымы барон Йонс Якоб Берзелиус (1779–1848) алғаш ұсынған. Бұл термин Авогадроның 1860 жылы қабылданған гипотезасынан кейін, элементтердің полиатомдық молекулалар түрінде болуы мүмкін екендігі түсінілді, сондай-ақ оттегінің екі аллотропы O2 және O3 ретінде анықталды.

Элемент аллотроптарының қасиеттеріндегі айырмашылықтар

Аллотроптар – бір элементтің әртүрлі құрылымдық түрлері және олар физикалық қасиеттері мен химиялық мінез-құлқы жағынан айқайсыз ерекшеленуі мүмкін. Аллотроптық түрлер арасындағы өзгеруге басқа құрылымдарға да әсер ететін күштер себеп болады, атап айтқанда, қысым, жарық және температура. Сондықтан, нақты аллотроптардың тұрақтылығы нақты жағдайларға байланысты. Мысалы, темір 906 °C-тан жоғары температурада денеорталық кубтық құрылымнан (феррит) беторталық кубтық құрылымға (аустенит) өтеді, ал қалайы 13,2 °C-тан төмен температурада металдық түрінен жартылай металдық түрге «қалайының зиянды әсері» деп аталатын өзгеріске ұшырайды. Химиялық мінез-құлқы әртүрлі аллотроптардың мысалы ретінде, озон (O3) диоксигенге (O2) қарағанда әлдеқайда күшті тотықтырғыш зат болып табылады.

Наноаллотроптар

2017 жылы наноаллотропия тұжырымдамасы ұсынылды. Наноаллотроптар, немесе наноматериалдардың аллотроптары – бірдей химиялық құрамы бар (мысалы, Au), бірақ наноөлшемдегі архитектурасымен ерекшеленеді (яғни, жеке атомдардың өлшемдерінен 10-100 есе үлкен масштабта). Мұндай наноаллотроптар ультра кішкентай электрондық құрылғыларды жасауға және өзге де өнеркәсіптік қолдануларға мүмкіндік беруі мүмкін. Әртүрлі наноөлшемді архитектуралар әртүрлі қасиеттерге ие болуы мүмкін, бұл алтынның бірнеше наноаллотроптарында жүргізілген беттік күшейтілген Раман шашырауы арқылы көрсетілді. Наноаллотроптарды жасау үшін екі қадамдық әдіс әзірленді.