อัญมณีและโครงสร้าง ทำความรู้จักกับ Allotropy (อัญรูป)

Allotropy (อัญรูป) หรือ allotropism มาจากภาษากรีกโบราณ allos (อื่น ๆ) และ tropos (รูปแบบ) คือคุณสมบัติของธาตุเคมีบางชนิดที่สามารถดำรงอยู่ได้ในสองรูปแบบหรือมากกว่าในสถานะทางกายภาพเดียวกัน โดยรูปแบบที่แตกต่างกันเหล่านี้เรียกว่า อัญรูป (allotropes)

ความแตกต่างระหว่าง Allotropy และ Polymorphism

คำว่า Allotropy จะใช้กับ ธาตุ เท่านั้น ไม่ใช้กับสารประกอบ คำศัพท์ที่กว้างกว่าซึ่งใช้กับสารประกอบใด ๆ คือ Polymorphism (พหุสัณฐาน) แม้ว่าโดยปกติจะจำกัดอยู่กับวัสดุที่เป็นของแข็ง เช่น ผลึก

Allotropy หมายถึงรูปแบบที่แตกต่างกันของธาตุภายในสถานะทางกายภาพเดียวกัน (เช่น พลาสมา, ก๊าซ, ของเหลว หรือของแข็ง) ความแตกต่างระหว่างสถานะของสสารสสารเพียงอย่างเดียวจะไม่ถือว่าเป็นอัญรูป

ประวัติศาสตร์ของแนวคิดเรื่องอัญรูป

แนวคิดเรื่อง Allotropy ถูกเสนอขึ้นครั้งแรกในปี 1840 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวสวีเดน Baron Jöns Jakob Berzelius โดยคำนี้มาจากภาษากรีก allotropia ซึ่งหมายถึงความแปรปรวนหรือการเปลี่ยนแปลงได้

หลังจากที่สมมติฐานของ Avogadro ได้รับการยอมรับในปี 1860 เป็นที่เข้าใจว่าธาตุสามารถดำรงอยู่ได้ในรูปของโมเลกุลหลายอะตอม และอัญรูปของออกซิเจนสองชนิดคือ O₂ และ O₃ ได้รับการ recognition

คุณสมบัติที่แตกต่างกันของอัญรูป

อัญรูปเป็นรูปแบบโครงสร้างที่แตกต่างกันของธาตุเดียวกัน และสามารถแสดงคุณสมบัติทางกายภาพและพฤติกรรมทางเคมีที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง การเปลี่ยนแปลงระหว่างรูปแบบอัญรูปถูกกระตุ้นโดยแรงเดียวกันกับที่ส่งผลต่อโครงสร้างอื่น ๆ เช่น ความดัน, แสง และอุณหภูมิ

ตัวอย่างที่เห็นได้ชัด

• คาร์บอน: เพชร (Diamond) มีความแข็งแรงสูงมากและโปร่งใส ในขณะที่กราไฟต์ (Graphite) เป็นของแข็งสีดำ นุ่ม และนำไฟฟ้าได้ดี
• เหล็ก: เหล็กจะเปลี่ยนจากโครงสร้าง cubic แบบ body-centered (ferrite) เป็นโครงสร้าง cubic แบบ face-centered (austenite) เมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 906 °C
• ออกซิเจน: โอโซน (O₃) เป็นตัวออกซิไดซ์ที่รุนแรงกว่าไดออกซิเจน (O₂) มาก

รายการอัญรูปของธาตุต่าง ๆ