آلوتروپ(دگر شکل) های کربن

پیشینه و واژه‌شناسی

این نام نخستین بار توسط یاکوب برسلیوس به کار گرفته شد.^[۵] واژه «آلوتروپی»، برگرفته از واژه یونانی «آلوتروپیا» (به یونانی: άλλοτροπἱα) به معنای تغییرپذیری است.^[۶] برای مثال اوزون(o3) و اکسیژن(o2) دوشکل متفاوت از یک عنصرند. به موادی که چنین رابطه‌ای با یکدیگر دارند، دگر شکل یا آلوتروپ گویند.

تفاوت دگرشکل‌ها

آلوتروپ‌های مختلف یک عنصر از دو جهت می‌توانند با یکدیگر متفاوت باشند:

پیوندهای شیمیایی

مثلاً اکسیژن و ازن؛ یا گرافیت و الماس. در الماس، هر اتم کربن در یک شبکه چهاروجهی به چهار اتم کربن دیگر متصل است. در گرافیت، هر اتم در یک شبکه شش‌وجهی صفحه‌ای، به سه اتم دیگر پیوند دارند.

ساختار بلوری

ساختار بلوری یا کریستالی ویژه فلزهاست. فلزهایی که دو یا چند ساختمان بلوری پایدار داشته باشند، دگرشکلی هستند. این شرایط بستگی به دما و فشار دارد. ساختارهای بلوری با استحاله می‌توانند به یکدیگر تبدیل شوند. دگرشکل‌ها حجم‌های متفاوتی دارند و در نتیجه تنشهای متفاوتی در سطح‌شان پیدا می‌شود. مثلاً آهن دارای دو دگرشکل آلفا و گاما است که اهمیت ویژه‌ای دارند. منگنز، کبالت، قلع، تیتانیم، زیرکونیم و تلوریم نیز از این دست فلزهای دگرشکل هستند.^[۷]

برخی عنصرهای دارای دگرشکلی

اکسیژن

اکسیژن به دو شکل گاز اکسیژن (O₂) که تنفس میکنیم و گاز اوزون (O₃) که سمی است؛ وجود دارد.

کربن

دو دگرشکل معروف کربن که از گذشته های دور شناخته شده اند، گرافیت و الماس هستند که در دسته جامدات کووالانسی قرار می گیرند. دوده یا کربن بی شکل را هم میتوان آلوتروپ دیگری از کربن در نظر گرفت. فولرنها (به طور مثال C₆₀) و نانولوله های کربنی هم دگرشکل هایی از کربن هستند که در دهه 1990 میلادی شناخته شدند.

گوگرد

گوگرد به شکل متداول یعنی S₈ دیده میشود. گرچه با حرارت دادن، مولکولهای حلقوی باز میشوند و به هم متصل شده و رشته های پلیمری گوگرد را میسازند که آلوتروپ دیگری از گوگرد است. گوگرد در ساختارهای بلوری متفاوت متبلور میشود که دگرشکلهای متعددی برای این عنصر محسوب میشوند.

فسفر

فسفر سفید، فسفر قرمز و فسفر سیاه سه شکل آلوتروپی عنصر پانزدهم جدول تناوبی هستند که در تعداد پیوند بین اتم های فسفر و تعداد اتم در ذرات سازنده با هم تفاوت دارند. فسفر سفید از مولکولهای P₄ ساخته شده؛ در حالی که فسفر قرمز پلیمری از فسفر سفید است و فسفر سیاه هم ساختار لایه ای و مکعبی دارد و از مولکوهای مجزا تشکیل نشده است.

7. منابع

8. دگرشکل واژهٔ مصوب فرهنگستان زبان و ادب فارسی برای Allotrope است. [۱]
10. افضلی، محمدرضا. فرهنگ تشریحی متالورژی و مواد. چاپ اول. تهران: دانشیار، ۱۳۸۶. شابک ‎۹۷۸-۹۶۴-۷۰۱۵-۴۸-۶.
12. Different structural modifications of an element.
14. IUPAC. Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book"). Compiled by A. D. McNaught and A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). XML on-line corrected version: http://goldbook.iupac.org (2006-) created by M. Nic, J. Jirat, B. Kosata; updates compiled by A. Jenkins. ISBN 0-9678550-9-8. doi:10.1351/goldbook.
16. Jensen, W. B. (2006), "The Origin of the Term Allotrope", J. Chem. Educ. 83 (6): 838–39, doi:10.1021/ed083p838. [ارجاع دست دوم از ویکی‌پدیای انگلیسی]
18. "allotropy", A New English Dictionary on Historical Principles 1, Oxford University Press, 1888, p. 238. [ارجاع دست دوم از ویکی‌پدیای انگلیسی]

لاختین، یوری میخایلوویچ. «ساختمان کریستالی فلزات». در مهندسی متالورژی فیزیکی. ترجمهٔ افسانه ربیعی. ویرایش ویراست دوم. چاپ چهارم. تهران: فنی حسینیان، ۱۳۸۴. صص ۸–۱۰. ISBN 964-6607-07-1.