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.
Allotropy or allotropism is the property of some chemical elements to exist in two or more different forms, in the same physical state, known as allotropes of the elements. Allotropes are different structural modifications of an element: the atoms of the element are bonded together in different manners. For example, the allotropes of carbon include diamond (the carbon atoms are bonded together to form a cubic lattice of tetrahedra), graphite (the carbon atoms are bonded together in sheets of a hexagonal lattice), graphene (single sheets of graphite), and fullerenes (the carbon atoms are bonded together in spherical, tubular, or ellipsoidal formations). The term allotropy is used for elements only, not for compounds. The more general term, used for any compound, is polymorphism, although its use is usually restricted to solid materials such as crystals. Allotropy refers only to different forms of an element within the same physical phase (the state of matter, such as a solid, liquid or gas). The differences between these states of matter would not alone constitute examples of allotropy. Allotropes of chemical elements are frequently referred to as polymorphs or as phases of the element. For some elements, allotropes have different molecular formulae or different crystalline structures, as well as a difference in physical phase; for example, two allotropes of oxygen (dioxygen, O2, and ozone, O3) can both exist in the solid, liquid and gaseous states. Other elements do not maintain distinct allotropes in different physical phases; for example, phosphorus has numerous solid allotropes, which all revert to the same P4 form when melted to the liquid state.
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.