碳的其中兩種同素異形體,分別是鑽石(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單质 。同素异形体由于结构不同,物理性質与化學性質上也有差異。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]
例如磷的兩種同素異形體,紅磷 和白磷 ,它們的燃点 分別是攝氏 240 °C(464 °F)和40 °C(104 °F),充分燃燒之後的產物都是五氧化二磷 ;白磷(P4 )有劇毒,可溶於二硫化碳 ,紅磷(Pn )無毒,卻不溶於二硫化碳。同素異形體之間在一定條件下可以相互轉化,這種轉化是一種化學變化。
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,氧 元素的同素异形体氧气 和臭氧 。
元素 同素异形体 性质 碳 (C) 钻石 立體結構,等軸晶系,硬度高,透明,导电性弱,导热性强。 石墨 平面結構,柔軟,可導電 藍絲黛爾石 是一種六方晶系的金剛石 无定形碳 又稱非晶質碳 奈米碳管 結構呈管狀由六邊形組成的蜂窩狀結構 碳60 富勒烯 60個碳原子組成截角正二十面体 磷 (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) 紅色粉末狀,較安定,不會自燃,無毒 黑磷 (灰磷) 有金屬光澤,又稱金屬磷,是高聚的不溶性固體,最安定,可導電 紫磷 又稱希托夫磷,單斜晶系 氧 (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,常温下能将银 、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 。 氮 (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 ) 可能是環狀或直綫狀的分子,極不穩定。 氮4 (N4 ) 性質不穩定,容易分解成氮氣,同時釋放能量。 氮8 (N8 ),又名八氮立方烷 还未发现,是一種假想的單質。預計擁有22.9 MJ/kg的能量密度。 氮6 还未发现 硫 (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℃。 硒 (Se) 灰硒 灰硒是半導體,具有可觀的光電導性 红硒 黑硒 脆性,有光澤,結構不規則和複雜 硼 (B) 無定形硼 結晶硼 矽 (Si) 晶体矽 金剛石立方結構 无定形矽 比晶体硅熔点低,密度和硬度也低。 砷 (As) 黄砷 分子晶体,由四个As原子组成。 灰砷 最安定,有金屬光澤,又稱金屬砷 黑砷 加熱分解三氧化二砷製得 氢 (H) 氢气 (H2 ) 由兩個氫原子以共價鍵結合,是最輕的氣體。易燃。 氢3 (H3 ) 不穩定,只能以激發態存在 金属氢
A~Z 元素 同素异形体 性质 锗 (Ge) α-锗 β-锗 高压下形成。 锑 (Sb) 金属锑 锑的最稳定的同素异形体。 黑锑 锡 (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] 鐵 (Fe) α-鐵(肥粒鐵 ) 鐵的同素異形體 β-鐵 ε-鐵 γ-鐵(奥氏体 ) δ-鐵 (Delta ferrite)
^ 國際純化學和應用化學聯合會 ,化學術語概略 ,第二版。(金皮書)(1997)。在線校正版: (2006–) "Allotrope "。doi :10.1351/goldbook.A00243 ^ 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 .