Вопрос, страница 163 - гдз по химии 11 класс учебник Кузнецова, Левкин

Задания в параграфе. Параграф 23. Неметаллы - химические элементы и простые вещества. Глава 5. Металлы и неметаллы - страница 163.

Условие.

Приведите несколько примеров аллотропных модификаций неметаллов.
Чем обусловлена аллотропия?

Решение.

Решение 2.

Приведите несколько примеров аллотропных модификаций неметаллов.

Аллотропия — это явление существования одного химического элемента в виде нескольких простых веществ, которые различаются по строению и, как следствие, по свойствам. Эти вещества называют аллотропными модификациями или аллотропными формами. У многих неметаллов есть аллотропные модификации.

Углерод (C) образует множество модификаций, наиболее известные из которых:
- Алмаз: кристаллическая решетка атомная, тетраэдрическая. Атомы углерода прочно связаны друг с другом, что обуславливает его исключительную твердость. Алмаз прозрачен и является диэлектриком.
- Графит: кристаллическая решетка атомная, но слоистая. Связи между атомами внутри слоя прочные, а между слоями — слабые. Поэтому графит мягкий, непрозрачный, имеет серый цвет с металлическим блеском и хорошо проводит электрический ток.
- Фуллерены: имеют молекулярную кристаллическую решетку. Молекулы представляют собой замкнутые каркасные структуры, например, $C_{60}$, напоминающую футбольный мяч.
- Карбин и графен: другие аллотропные модификации. Карбин имеет линейное строение, а графен представляет собой один слой атомов углерода (слой графита).

Кислород (O) существует в виде двух основных модификаций:
- Кислород: молекула состоит из двух атомов ($O_2$). Это бесцветный газ без запаха, жизненно необходимый для дыхания живых организмов.
- Озон: молекула состоит из трех атомов ($O_3$). Это газ голубоватого цвета с резким характерным запахом. Он токсичен и является гораздо более сильным окислителем, чем кислород.

Фосфор (P) также имеет несколько модификаций:
- Белый фосфор: имеет молекулярную решетку, состоящую из молекул $P_4$. Это мягкое, воскообразное вещество, очень ядовитое и химически активное, способное светиться в темноте (хемилюминесценция) и самовоспламеняться на воздухе.
- Красный фосфор: имеет полимерное строение. Это порошок красного цвета, который менее активен, чем белый фосфор, и не ядовит.
- Черный фосфор: наиболее стабильная и наименее активная модификация. Имеет слоистую структуру, похожую на графит, и является полупроводником.

Сера (S) известна в нескольких формах:
- Ромбическая и моноклинная сера: обе модификации состоят из коронообразных молекул $S_8$, но отличаются строением кристаллической решетки, что приводит к разной форме кристаллов. Ромбическая сера устойчива при температуре ниже 95,6 °C, а моноклинная — выше.
- Пластическая сера: аморфная модификация, состоящая из длинных полимерных цепей атомов серы. Ее получают при резком охлаждении расплавленной серы.

Ответ: Примерами аллотропных модификаций неметаллов являются: для углерода — алмаз, графит, фуллерены; для кислорода — кислород ($O_2$) и озон ($O_3$); для фосфора — белый, красный и черный фосфор; для серы — ромбическая, моноклинная и пластическая сера.

Чем обусловлена аллотропия?

Аллотропия, то есть способность атомов одного химического элемента образовывать разные простые вещества, обусловлена двумя основными причинами:

1. Разным составом молекул. В этом случае аллотропные модификации отличаются друг от друга числом атомов в молекуле. Классическим примером является аллотропия кислорода: его модификации — кислород и озон — состоят из молекул разного состава, $O_2$ и $O_3$ соответственно. Это различие в составе молекул является причиной их совершенно разных физических и химических свойств.

2. Разным строением кристаллов. В этом случае аллотропные модификации могут иметь одинаковый состав молекул (или, как в случае атомных кристаллов, просто состоять из атомов элемента), но отличаться их взаимным расположением в пространстве, то есть иметь разную кристаллическую решетку. Например, и алмаз, и графит состоят только из атомов углерода (C). Однако в алмазе каждый атом связан с четырьмя другими, образуя прочную трехмерную тетраэдрическую структуру, а в графите атомы образуют плоские слои, слабо связанные между собой. Это различие в структуре определяет кардинальное различие в их свойствах (твердость, электропроводность и т.д.). Другой пример — ромбическая и моноклинная сера, которые обе состоят из молекул $S_8$, но имеют разную кристаллическую упаковку этих молекул.

Ответ: Аллотропия обусловлена либо разным числом атомов в молекулах простого вещества (разный состав молекул, как у $O_2$ и $O_3$), либо разным строением их кристаллических решеток (разная структура, как у алмаза и графита).