Die Allotropie (griechische Allos andere und Tropos Weg) ist in der Chemie , in der Mineralogie und in den Materialwissenschaften die Fähigkeit einiger einfacher Körper in verschiedenen Formen kristallin oder molekular unterschiedlich. Es ist das Äquivalent des Polymorphismus der Verbundkörper in Form von verschiedenen Kristallformen (Organisation der gleichen Atome in verschiedenen Kristallarten) oder Isomerie in Bezug auf die verschiedenen molekularen Formen (Organisation der gleichen Atome in einem anderen Molekül). Beispielsweise sind amorpher Kohlenstoff , Graphit , Diamant , Lonsdaleit , Chaoit , Fulleren und Nanoschaum die allotropen Kohlenstoffsorten in dem Sinne, dass es sich um verschiedene kristalline Formen des einzelnen Körpers handelt, die dem chemischen Element Kohlenstoff entsprechen. Der Sauerstoff und der Sauerstoff (oder das Ozon ) sind ebenfalls einfache allotrope Körper, die dem chemischen Element Sauerstoff entsprechen , diesmal jedoch in dem Sinne, dass es sich um unterschiedliche molekulare Formen handelt.
Das Konzept der Allotropie bezieht sich nur auf die verschiedenen Formen eines chemischen Elements innerhalb derselben Phase oder desselben Materiezustands ( fest , flüssig , gasförmig ). Phasenänderungen eines Elements sind per Definition nicht mit einer Änderung der allotropen Form verbunden (z. B. sind flüssiger Sauerstoff und Sauerstoffgas nicht beide allotrope Formen). Für einige chemische Elemente können allotrope Formen in verschiedenen Phasen existieren; Beispielsweise können die zwei allotropen Formen von Sauerstoff, Disauerstoff und Ozon, in der festen, flüssigen und gasförmigen Phase existieren.
Der Begriff der Allotropie wurde vom schwedischen Chemiker Jöns Jacob Berzelius entwickelt .
Die allotropen Formen eines chemischen Elements können häufig physikalische Eigenschaften (Farbe, Härte, Schmelzpunkt , elektrische Leitfähigkeit , Wärmeleitfähigkeit ) und eine unterschiedliche chemische Reaktivität aufweisen, obwohl sie aus identischen Atomen bestehen. Beispielsweise ist Disauerstoff unter Bedingungen, bei denen Ozon sehr reaktiv (und toxisch) ist, nicht sehr reaktiv (und ungiftig).
Die Umwandlung einer allotropen Form von einem Element in ein anderes wird häufig durch Änderungen von Druck , Temperatur oder sogar durch eine chemische Reaktion induziert , und einige Formen sind nur unter bestimmten Temperatur- und Druckbedingungen stabil. beispielsweise :
Typischerweise neigen die Elemente, die in der Lage sind, eine variable Anzahl chemischer Bindungen zu bilden, und diejenigen, die die Fähigkeit zur Verkettung aufweisen, dazu, die größte Anzahl allotroper Formen zu haben. Dies ist der Fall von Schwefel , die vor der jüngsten Entdeckung Von den vielen allotropen Formen von Kohlenstoff, für die molekulare den Rekord gehalten (S 8 , S 2 , usw. ) und kristallographischen (S α , S β , allotropic Sorten ) . etc. ). Das Allotropie-Phänomen ist typischerweise bei Nichtmetallen sichtbarer, da es sowohl kristallin als auch molekular sein kann. Letzterer Fall ist mit Metallen nicht möglich.
Die zwei häufigsten allotropen Formen:
Sowie andere seltenere Formen:
Das Tetraoxygen O 4 - Rot und das Octaoxygène O 8 - Rot, manchmal auch als allotrope Sauerstoffvarianten bezeichnet, sind Anordnungen von Sauerstoffmolekülen. Sie stellen keine allotrope Sorte dar.
Der Fall von Schwefel ist der komplexeste, da einerseits die Leichtigkeit, mit der Schwefel verkettet wird, es ihm ermöglicht, in einer Vielzahl von Molekülen der Formeln S n und Cyclo-S n zu existieren . Andererseits kristallisieren diese verschiedenen Moleküle in verschiedenen kristallinen Sorten.
Diese Aufzählung, wie lang sie auch sein mag, verbirgt die Komplexität der drei möglichen Konformationen der Einheiten S 3gefunden in Schwefelketten: cis , d- trans und l- trans (siehe nebenstehende Abbildung).
Das Phasendiagramm des Reinkörpers zeigt zusätzlich zu den festen, flüssigen und gasförmigen Zuständen die verschiedenen allotropen Sorten in den Temperatur- und Druckzonen, in denen sie stabil sind. Dies ist im nebenstehenden vereinfachten Schwefelzustandsdiagramm der Fall.