अपररूपता

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Not to be confused with अपररूपता.
193x193px और ग्रेफाइट कार्बन के दो अपरूप हैं: तत्व के शुद्ध रूप जो क्रिस्टलीय संरचना में भिन्न होते हैं।

अपररूपता या बहुरूपवाद (from Ancient Greek ἄλλος (allos) 'other', and τρόπος (tropos) 'manner, form') पदार्थ की भौतिक अवस्था में कुछ रासायनिक तत्वों का दो या दो से अधिक भिन्न रूपों में उपस्थित होने का गुण है, जिसे तत्वों के आवंटन के रूप में जाना जाता है। एलोट्रोप्स तत्व के विभिन्न संरचनात्मक संशोधन हैं: जिसमें तत्व के परमाणु भिन्न-भिन्न विधियों के साथ रासायनिक बंधन से जुड़े होते हैं।[1]

उदाहरण के लिए, कार्बन के अपरूपों में हीरा सम्मिलित है (कार्बन परमाणु टेट्राहेड्रल आणविक ज्यामिति की घन क्रिस्टल प्रणाली बनाने के लिए साथ जुड़े हैं), ग्रेफाइट (कार्बन परमाणु हेक्सागोनल जाली की चादरों में साथ जुड़े हैं), ग्राफीन (ग्रेफाइट की एकल शीट) ), और फुलरीन (कार्बन परमाणु साथ गोलाकार, ट्यूबलर, या दीर्घवृत्ताकार संरचनाओं में जुड़े होते हैं)।

अपररूपता शब्द का प्रयोग केवल तत्वों के लिए किया जाता है, यौगिकों के लिए नहीं किया जाता है। किसी भी यौगिक के लिए प्रयुक्त अधिक सामान्य शब्द बहुरूपता (सामग्री विज्ञान) है, चूँकि इसका उपयोग सामान्यतः क्रिस्टल जैसे ठोस पदार्थों तक ही सीमित है। एलोट्रॉपी केवल पदार्थ की ही भौतिक अवस्था (पदार्थ की अवस्था, जैसे ठोस, तरल या गैस) के अंदर तत्व के विभिन्न रूपों को संदर्भित करता है। पदार्थ की इन अवस्थाओं के मध्य के अंतर अपररूपता के उदाहरण नहीं होंगे। रासायनिक तत्वों के अलॉट्रोप्स को प्रायः बहुरूपता (सामग्री विज्ञान) या तत्व के चरणों के रूप में संदर्भित किया जाता है।

कुछ तत्वों के लिए, अलॉट्रोप्स के भिन्न-भिन्न आणविक सूत्र या भिन्न-भिन्न क्रिस्टलीय संरचनाएं होती हैं, साथ ही भौतिक चरण में अंतर होता है; उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन के दो अपरूप (ऑक्सीजन O2, और ओजोन O3) दोनों ठोस, तरल और गैसीय अवस्था में उपस्थित हो सकते हैं। अन्य तत्व विभिन्न भौतिक चरणों में भिन्न-भिन्न आवंटियों को बनाए नहीं रखते हैं; उदाहरण के लिए, फास्फोरस में अनेक ठोस अलॉट्रोप होते हैं, जो सभी तरल अवस्था में पिघलने पर उसी P4 में वापस आ जाते हैं।

इतिहास

अपररूपता की अवधारणा मूल रूप से 1840 में स्वीडिश वैज्ञानिक बैरन जोन्स जैकब बर्जेलियस (1779-1848) द्वारा प्रस्तावित की गई थी।[2][3] पद की व्युत्पत्ति हुई है from Greek άλλοτροπἱα (allotropia) 'variability, changeableness'.[4] | 1860 में अवोगाद्रो की परिकल्पना की स्वीकृति के पश्चात, यह समझा गया कि तत्व बहुपरमाणुक अणुओं के रूप में उपस्थित हो सकते हैं, और ऑक्सीजन के दो आवंटनों को O2 और O3 के रूप में मान्यता दी गई थी।[3] 20वीं शताब्दी के प्रारम्भ में, यह माना गया कि कार्बन जैसी अन्य स्थिति क्रिस्टल संरचना में अंतर की कारण थी।

1912 तक, ओस्टवाल्ड ने नोट किया कि तत्वों का आवंटन यौगिकों के लिए ज्ञात बहुरूपता (सामग्री विज्ञान) की घटना की विशेष स्थिति है, और प्रस्तावित किया कि आवंटन को त्याग दिया जाए और बहुरूपता द्वारा प्रतिस्थापित किया जाए।[5][3]चूँकि अनेक अन्य रसायनज्ञों ने इस विचार को दोहराया है, आईयूपीएसी और अधिकांश रसायन शास्त्र अभी भी तत्वों के लिए आवंटन के उपयोग का समर्थन करते हैं।[6]

किसी तत्व के आवंटियों के गुणों में अंतर

एलोट्रोप्स तत्व के विभिन्न संरचनात्मक रूप हैं और अत्यधिक भिन्न भौतिक गुणों और रासायनिक व्यवहारों को प्रदर्शित कर सकते हैं। अलॉट्रोपिक रूपों के मध्य परिवर्तन उन्हीं बलों द्वारा ट्रिगर किया जाता है जो अन्य संरचनाओं अर्थात, दबाव, प्रकाश रसायन और तापमान को प्रभावित करते हैं। इसलिए, विशेष आवंटियों की स्थिरता विशेष स्थितियों पर निर्भर करती है। उदाहरण के लिए, लोहा 906 डिग्री सेल्सियस से ऊपर शरीर-केंद्रित घन संरचना (फेराइट) से चेहरे-केंद्रित घन संरचना (ऑस्टेनाईट) में परिवर्तित करता है, और टिन धातु के रूप से टिन कीट के रूप में जाने वाले संशोधन से निकलता है, जो 13.2 डिग्री सेल्सियस (55.8 डिग्री फारेनहाइट) से नीचे अर्धचालक रूप में होता है। विभिन्न रासायनिक व्यवहार वाले एलोट्रोप्स के उदाहरण के रूप में, ओजोन (O3), डाइऑक्सीजन (O2) की तुलना में अधिक स्थिर ऑक्सीकरण एजेंट है।

एलोट्रोप्स की सूची

सामान्यतः, परिवर्तनीय समन्वय संख्या और ऑक्सीकरण स्टेट्स में सक्षम तत्व अधिक संख्या में अपररूपता को प्रदर्शित करते हैं। अन्य योगदान कारक तत्व के श्रृंखलन की क्षमता है।

एलोट्रोप्स के उदाहरणों में सम्मिलित हैं:

अधातु

तत्व एलोट्रोप्स
कार्बन
फॉस्फोरस
ऑक्सीजन
सल्फर
  • Cyclo-Pentasulfur, Cyclo-S5
  • Cyclo-Hexasulfur, Cyclo-S6
  • Cyclo-Heptasulfur, Cyclo-S7
  • Cyclo-Octasulfur, Cyclo-S8
सेलेनियम
  • "Red selenium," cyclo-Se8
  • Gray selenium, polymeric Se
  • Black selenium, irregular polymeric rings up to 1000 atoms long
  • Monoclinic selenium, dark red transparent crystals

मेटलॉयड्स

तत्व एलोट्रोप्स
बोरॉन
  • Amorphous boron – brown powder – B12 regular icosahedra
  • α-rhombohedral boron
  • β-rhombohedral boron
  • γ-orthorhombic boron
  • α-tetragonal boron
  • β-tetragonal boron
  • High-pressure superconducting phase
सिलिकॉन
जर्मेनियम
  • α-germanium – semimetallic, with the same structure as diamond
  • β-germanium – metallic, with the same structure as beta-tin
  • Germanene – Buckled planar Germanium, similar to graphene
आर्सेनिक
  • Yellow arsenic – molecular non-metallic As4, with the same structure as white phosphorus
  • Gray arsenic, polymeric As (metalloid)
  • Black arsenic – molecular and non-metallic, with the same structure as red phosphorus
एंटीमनी
  • blue-white antimony – stable form (metalloid), with the same structure as gray arsenic
  • yellow antimony (non-metallic)
  • black antimony (non-metallic)
  • explosive antimony
टेल्यूरियम
  • amorphous tellurium – gray-black or brown powder[7]
  • crystalline tellurium – hexagonal crystalline structure (metalloid)

धातु

महत्वपूर्ण मात्रा में प्रकृति में पाए जाने वाले धात्विक तत्वों में (56 U तक, बिना Tc और Pm के), लगभग आधे (27) परिवेश के दबाव में अपररूपता हैं: Li, Be, Na, Ca, Ti, Mn, Fe, Co, Sr, Y, Zr, Sn, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Yb, Hf, Tl, Th, Pa और U। प्रौद्योगिकी रूप से प्रासंगिक धातुओं के एलोट्रोपिक रूपों के मध्य कुछ चरण संक्रमण Ti के हैं 882 डिग्री सेल्सियस पर, Fe 912 डिग्री सेल्सियस और 1394 डिग्री सेल्सियस पर, Co 422 डिग्री सेल्सियस पर, Zr 863 डिग्री सेल्सियस पर, Sn 13 डिग्री सेल्सियस पर और U 668 डिग्री सेल्सियस और 776 डिग्री सेल्सियस पर होता है।

Element Phase name(s) Space group Pearson symbol Structure type Description
Lithium R3m hR9 α-Samarium structure Forms below 70 K.[8]
Im3m cI2 Body-centered cubic Stable at room temperature and pressure.
cF4 Face centered cubic Forms above 7GPa
hR1 An intermediate phase formed ~40GPa.
cI16 Forms above 40GPa.
Beryllium P63/mmc hP2 Hexagonal close packed Stable at room temperature and pressure.
Im3m cI2 Body centered cubic Forms above 1255 °C.
Sodium R3m hR9 α-Samarium structure Forms below 20 K.
Im3m cI2 Body centered cubic Stable at room temperature and pressure.
Fm3m cF4 Face centered cubic Forms at room temperature above 65 GPa.[9]
I43d cI16 Forms at room temperature, 108GPa.[10]
Pnma oP8 Forms at room temperature, 119GPa.[11]
Magnesium P63/mmc hP2 hexagonal close packed Stable at room temperature and pressure.
Im3m cI2 Body centered cubic Forms above 50 GPa.[12]
Tin α-tin, gray tin, tin pest Fd3m cF8 Diamond cubic Stable below 13.2 °C.
β-tin, white tin I41/amd tI4 β-Tin structure Stable at room temperature and pressure.
γ-tin, rhombic tin I4/mmm Body-centered tetragonal
σ-Sn Body-centered cubic Forms at very high pressure.[13]
Stanene
Iron α-Fe, ferrite Im3m cI2 Body-centered cubic Stable at room temperature and pressure. Ferromagnetic at T<770 °C, paramagnetic from T=770–912 °C.
γ-iron, austenite Fm3m cF4 Face-centered cubic Stable from 912 to 1,394 °C.
δ-iron Im3m cI2 Body-centered cubic Stable from 1,394 – 1,538 °C, same structure as α-Fe.
ε-iron, Hexaferrum P63/mmc hP2 Hexagonal close-packed Stable at high pressures.
Cobalt α-Cobalt simple cubic Forms above 417 °C.
β-Cobalt hexagonal close packed Forms below 417 °C.
Polonium α-Polonium simple cubic
β-Polonium rhombohedral

लैंथेनाइड्स और एक्टिनाइड्स

एक्टिनाइड तत्वों का चरण आरेख।
  • सेरियम, समैरियम, डिस्प्रोसियम और येटरबियम के तीन अलॉट्रोप हैं।
  • प्रेजोडिमियम, नियोडिमियम, गैडोलिनियम और टेरबियम के दो अलॉट्रोप हैं।
  • प्लूटोनियम में सामान्य दबावों के अनुसार छह भिन्न-भिन्न ठोस आवंटन होते हैं। उनका घनत्व लगभग 4:3 के अनुपात में भिन्न होता है, जो धातु के साथ सभी प्रकार के कार्यों (विशेष रूप से कास्टिंग, मशीनिंग और भंडारण) को अधिक जटिल बनाता है। सातवें प्लूटोनियम एलोट्रोप बहुत उच्च दबावों पर उपस्थित है। ट्रांसयूरेनियम धातुएं Np, Am, और Cm भी अपररूपता हैं।
  • प्रोमीथियम, एमेरिकियम, बर्कीलियम और कलिफ़ोरनियम में से प्रत्येक में तीन एलोट्रोप हैं।[14]

नैनोलोट्रोप्स

2017 में, वीज़मैन इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस के कार्बनिक रसायन विज्ञान विभाग के प्रोफेसर रफाल क्लाजन द्वारा नैनोअलोट्रॉपी की अवधारणा प्रस्तावित की गई थी।[15] नैनोअलोट्रॉप्स, या नैनोमैटेरियल्स के एलोट्रोप्स, नैनोपोरस सामग्रियां हैं जिनकी रासायनिक संरचना समान होती है (जैसे, Au), लेकिन नैनोस्केल में उनकी वास्तुकला में भिन्नता होती है (अर्थात, व्यक्तिगत परमाणुओं के 10 से 100 गुना आयाम पर हैं)।[16] इस प्रकार के नैनोअलोट्रॉप्स अल्ट्रा-छोटे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को बनाने और अन्य औद्योगिक अनुप्रयोगों का शोध करने में सहायता कर सकते हैं।[16] भिन्न-भिन्न नैनोस्केल आर्किटेक्चर भिन्न-भिन्न गुणों में अनुवाद करते हैं, जैसा कि सतह-संवर्धित रमन स्कैटरिंग के लिए प्रदर्शित किया गया था, जो सोने के अनेक भिन्न-भिन्न नैनोलोट्रोप्स पर किया गया था।[15] नैनोएलोट्रॉप्स उत्पन्न करने के लिए दो-चरणीय विधि भी बनाई गई थी।[16]

यह भी देखें

टिप्पणियाँ

  1. ↑ IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (1997). Online corrected version: (2006–) "Allotrope". doi:10.1351/goldbook.A00243
  2. ↑ See:
    • Berzelius, Jac. (1841). Årsberättelse om Framstegen i Fysik och Kemi afgifven den 31 Mars 1840. Första delen [Annual Report on Progress in Physics and Chemistry submitted March 31, 1840. First part.] (in Swedish). Stockholm, Sweden: P.A. Norstedt & Söner. p. 14.{{cite book}}: CS1 maint: unrecognized language (link) From p. 14: "Om det ock passar väl för att uttrycka förhållandet emellan myrsyrad ethyloxid och ättiksyrad methyloxid, så är det icke passande för de olika tillstånd hos de enkla kropparne, hvari dessa blifva af skiljaktiga egenskaper, och torde för dem böra ersättas af en bättre vald benämning, t. ex. Allotropi (af αλλότροπος, som betyder: af olika beskaffenhet) eller allotropiskt tillstånd." (If it [i.e., the word isomer] is also well suited to express the relation between formic acid ethyl oxide [i.e., ethyl formate] and acetic acid methyloxide [i.e., methyl acetate], then it [i.e., the word isomers] is not suitable for different conditions of simple substances, where these [substances] transform to have different properties, and [therefore the word isomers] should be replaced, in their case, by a better chosen name; for example, Allotropy (from αλλότροπος, which means: of different nature) or allotropic condition.)
    • Republished in German: Berzelius, Jacob; Wöhler, F., trans. (1841). "Jahres-Bericht über die Fortschritte der physischen Wissenschaften" [Annual Report on Progress of the Physical Sciences]. Jahres Bericht Über die Fortschritte der Physischen Wissenschaften (in German). Tübingen, (Germany): Laupp'schen Buchhandlung. 20: 13.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link) CS1 maint: unrecognized language (link) From p. 13: "Wenn es sich auch noch gut eignet, um das Verhältniss zwischen ameisensaurem Äthyloxyd und essigsaurem Methyloxyd auszudrücken, so ist es nicht passend für ungleiche Zustände bei Körpern, in welchen diese verschiedene Eigenschaften annehmen, und dürfte für diese durch eine besser gewählte Benennung zu ersetzen sein, z. B. durch Allotropie (von αλλότροπος, welches bedeutet: von ungleicher Beschaffenheit), oder durch allotropischen Zustand." (Even if it [i.e., the word isomer] is still well suited to express the relation between ethyl formate and methyl acetate, then it is not appropriate for the distinct conditions in the case of substances where these [substances] assume different properties, and for these, [the word isomer] may be replaced with a better chosen designation, e.g., with Allotropy (from αλλότροπος, which means: of distinct character), or with allotropic condition.)
    • Merriam-Webster online dictionary: Allotropy
  3. ↑ 3.0 3.1 3.2 Jensen, W. B. (2006), "The Origin of the Term Allotrope", J. Chem. Educ., 83 (6): 838–39, Bibcode:2006JChEd..83..838J, doi:10.1021/ed083p838.
  4. ↑ "allotropy", A New English Dictionary on Historical Principles, vol. 1, Oxford University Press, 1888, p. 238.
  5. ↑ Ostwald, Wilhelm; Taylor, W.W., trans. (1912). सामान्य रसायन विज्ञान की रूपरेखा (3rd ed.). London, England: Macmillan and Co., Ltd. p. 104.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link) From p. 104: "Substances are known which exist not only in two, but even in three, four or five different solid forms; no limitation to the number is known to exist. Such substances are called polymorphous. The name allotropy is commonly employed in the same connexion, especially when the substance is an element. There is no real reason for making this distinction, and it is preferable to allow the second less common name to die out."
  6. ↑ Jensen 2006, citing Addison, W. E. The Allotropy of the Elements (Elsevier 1964) that many have repeated this advice.
  7. ↑ Raj, G. Advanced Inorganic Chemistry Vol-1. Krishna Prakashan. p. 1327. ISBN 9788187224037. Retrieved January 6, 2017.
  8. ↑ Overhauser, A. W. (1984-07-02). "Crystal Structure of Lithium at 4.2 K". Physical Review Letters. American Physical Society (APS). 53 (1): 64–65. Bibcode:1984PhRvL..53...64O. doi:10.1103/physrevlett.53.64. ISSN 0031-9007.
  9. ↑ Hanfland, M.; Loa, I.; Syassen, K. (2002-05-13). "Sodium under pressure: bcc to fcc structural transition and pressure-volume relation to 100 GPa". Physical Review B. American Physical Society (APS). 65 (18): 184109. Bibcode:2002PhRvB..65r4109H. doi:10.1103/physrevb.65.184109. ISSN 0163-1829.
  10. ↑ McMahon, M. I.; Gregoryanz, E.; Lundegaard, L. F.; Loa, I.; Guillaume, C.; Nelmes, R. J.; Kleppe, A. K.; Amboage, M.; Wilhelm, H.; Jephcoat, A. P. (2007-10-18). "Structure of sodium above 100 GPa by single-crystal x-ray diffraction". Proceedings of the National Academy of Sciences. 104 (44): 17297–17299. Bibcode:2007PNAS..10417297M. doi:10.1073/pnas.0709309104. ISSN 0027-8424. PMC 2077250. PMID 17947379.
  11. ↑ Gregoryanz, E.; Lundegaard, L. F.; McMahon, M. I.; Guillaume, C.; Nelmes, R. J.; Mezouar, M. (2008-05-23). "Structural Diversity of Sodium". Science. American Association for the Advancement of Science (AAAS). 320 (5879): 1054–1057. Bibcode:2008Sci...320.1054G. doi:10.1126/science.1155715. ISSN 0036-8075. PMID 18497293. S2CID 29596632.
  12. ↑ Olijnyk, H.; Holzapfel, W. B. (1985-04-01). "High-pressure structural phase transition in Mg". Physical Review B. American Physical Society (APS). 31 (7): 4682–4683. Bibcode:1985PhRvB..31.4682O. doi:10.1103/physrevb.31.4682. ISSN 0163-1829. PMID 9936412.
  13. ↑ Molodets, A. M.; Nabatov, S. S. (2000). "Thermodynamic Potentials, Diagram of State, and Phase Transitions of Tin on Shock Compression". High Temperature. 38 (5): 715–721. doi:10.1007/BF02755923. S2CID 120417927.
  14. ↑ Benedict, U.; Haire, R. G.; Peterson, J. R.; Itie, J. P. (1985). "Delocalisation of 5f electrons in curium metal under high pressure". Journal of Physics F: Metal Physics. 15 (2): L29–L35. Bibcode:1985JPhF...15L..29B. doi:10.1088/0305-4608/15/2/002.
  15. ↑ 15.0 15.1 Udayabhaskararao, Thumu; Altantzis, Thomas; Houben, Lothar; Coronado-Puchau, Marc; Langer, Judith; Popovitz-Biro, Ronit; Liz-Marzán, Luis M.; Vuković, Lela; Král, Petr (2017-10-27). "बाइनरी नैनोपार्टिकल सुपरलैटिस के पोस्ट-असेंबली नक़्क़ाशी द्वारा तैयार ट्यून करने योग्य झरझरा नैनोअलोट्रोप्स". Science (in English). 358 (6362): 514–518. Bibcode:2017Sci...358..514U. doi:10.1126/science.aan6046. ISSN 0036-8075. PMID 29074773.
  16. ↑ 16.0 16.1 16.2 "सामग्री जो प्रकृति में मौजूद नहीं है, नई निर्माण तकनीकों को जन्म दे सकती है". israelbds.org (in English). Archived from the original on 2017-12-09. Retrieved 2017-12-08.


संदर्भ


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