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同素异形体

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碳的其中两种同素异形体,分别是钻石(左)及石墨(右)

同素异形体,是指由相同的化学元素组成,而结构形态却不相同的单质。同素异形体由于结构不同,物理性质与化学性质上也有差异。同素异形体这一术语针对的是单质,而非化合物,更一般的术语是同质异形体,用于晶体材料。[1]

例如磷的两种同素异形体,红磷白磷,它们的燃点分别是摄氏240 °C(464 °F)和40 °C(104 °F),充分燃烧之后的产物都是五氧化二磷;白磷(P4)有剧毒,可溶于二硫化碳,红磷(Pn)无毒,却不溶于二硫化碳。同素异形体之间在一定条件下可以相互转化,这种转化是一种化学变化。

生活中常见的有,碳的同素异形体石墨金刚石(即钻石)、无定形碳等,磷的同素异形体白磷和红磷,元素的同素异形体氧气臭氧

同素异形体列表

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非金属

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元素 同素异形体 性质
(C)
钻石 立体结构,等轴晶系,硬度高,透明,导电性弱,导热性强。
石墨 平面结构,柔软,可导电
蓝丝黛尔石 是一种六方晶系的金刚石
无定形碳 又称非晶质碳
奈米碳管 结构呈管状由六边形组成的蜂窝状结构
碳60 富勒烯 60个碳原子组成截角正二十面体
(P)
白磷(黄磷) 标准状况下为白色或淡黄色固体,溶于二硫化碳。室温下在空气中冒烟,易自燃。有剧毒。化学性质比红磷活泼。
红磷(赤磷) 红色粉末状,较安定,不会自燃,无毒
黑磷(灰磷) 有金属光泽,又称金属磷,是高聚的不溶性固体,最安定,可导电
紫磷 又称希托夫磷,单斜晶系
(O)
氧气(O2) 标准状况下为强氧化性的气体,无色无味,温度将至-182.97℃变成淡蓝色液体,-222.80℃变成淡蓝色雪花状固体。
臭氧(O3) 氧化性比氧气还要强的淡蓝色气体,有特殊的腥味,常温下能将硫化铅等物质氧化。氧气在放电下转化为臭氧,而臭氧受热即可变回氧气。
氧4(四聚氧)(O4) 亚稳态存在,存在时间很短。
氧8(红氧)(O8) 深红色固体,由氧气在室温下于10GPa转变而成(压强继续增大会逐渐变成黑色)。O8表现出单斜晶系的C2/m对称。
金属氧 由ε相的O8在96GPa以上转变为ζ相的金属氧,金属氧在低温下表现出超导性
(N)
氮气(N2) 标准状况下为气体,无色无味,温度将至-196℃变成无色液体,-210℃变成无色固体。
氮3(N3) 可能是环状或直线状的分子,极不稳定。
氮4(N4) 性质不稳定,容易分解成氮气,同时释放能量。
氮8(N8),又名八氮立方烷 还未发现,是一种假想的单质。预计拥有22.9 MJ/kg的能量密度。
氮6 还未发现
(S)
弹性硫
单斜硫(S8) 浅黄色固体,熔点119℃。
斜方硫(S8) 黄色固体,熔点112.8℃。
(Se)
灰硒 灰硒是半导体,具有可观的光电导性
红硒
黑硒 脆性,有光泽,结构不规则和复杂
(B)
无定形硼
结晶硼
(Si)
晶体硅 金刚石立方结构
无定形硅 比晶体硅熔点低,密度和硬度也低。
(As)
黄砷 分子晶体,由四个As原子组成。
灰砷 最安定,有金属光泽,又称金属砷
黑砷 加热分解三氧化二砷制得
(H)
氢气(H2) 由两个氢原子以共价键结合,是最轻的气体。易燃。
氢3(H3) 不稳定,只能以激发态存在
金属氢

金属

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A~Z
元素 同素异形体 性质
(Ge)
α-锗
β-锗 高压下形成。
(Sb)
金属锑 锑的最稳定的同素异形体。
黑锑
(Sn)
α-锡(灰锡)
β-锡(白锡) 金属锡。
γ-锡(斜方锡)
σ-锡 高压下形成[2]
(Fe)
α-铁(铁素体 铁的同素异形体
β-铁
ε-铁英语Hexaferrum
γ-铁(奥氏体
δ-铁日语デルタフェライト(Delta ferrite)
  1. ^ 国际纯化学和应用化学联合会化学术语概略,第二版。(金皮书)(1997)。在线校正版: (2006–) "Allotrope"。doi:10.1351/goldbook.A00243
  2. ^ Molodets, A. M.; Nabatov, S. S. Thermodynamic Potentials, Diagram of State, and Phase Transitions of Tin on Shock Compression. High Temperature. 2000, 38 (5): 715–721. S2CID 120417927. doi:10.1007/BF02755923.