Bảng tuần hoàn hóa học tốc hành (Phần 10)

Các thù hình

Một nội dung quan trọng của thuyết nguyên tử là mọi nguyên tử của một nguyên tố bất kì cho trước về cơ bản là y hệt nhau, mỗi nguyên tử mang số lượng proton như nhau trong hạt nhân của chúng. Có vẻ như toàn khối vật liệu luôn hành xử theo cách giống nhau, song tùy thuộc vào cách các nguyên tử được tổ chức, các nguyên tố có thể tồn tại ở một vài hình thức khác nhau, gọi là các thù hình, đôi khi chúng có tính chất vật lí và hóa học khác hẳn nhau.

Các thù hình của phosphorus có thể màu đỏ, trắng, đen hoặc tím. Phosphorus trắng hoạt tính cao cháy tự phát khi tiếp xúc với không khí; phosphorus đỏ phải nóng đến 240oC mới cháy. Các thù hình khác nhau này được tạo ra dưới các điều kiện khác nhau. Ở những độ sâu lớn, carbon hình thành nên kim cương, một tinh thể cứng, không dẫn điện. Trái lại, graphite là một chất rắn mềm với một số thuộc tính kim loại, ví dụ như sáng bóng và dẫn điện. Trong khi các phi kim có xu hướng tồn tại thù hình – nhất là sulfur và carbon – thì các á kim và gần một nửa số kim loại thường gặp cũng sẽ tạo thành các thù hình.

Một số thù hình của carbon

Á kim

Á kim

Đôi khi được gọi là nửa kim loại hay kim loại nghèo, á kim là các nguyên tố “lưng chừng” có các tính chất trung gian giữa kim loại và phi kim. Có một mức nhòe tương đối giữa kim loại và phi kim, phản ánh sự không sẵn lòng phân loại của tự nhiên – thật vậy, tất cả các nguyên tố đều có một số đo thuộc tính vừa kim loại vừa phi kim. Vì thế, các á kim chỉ được định nghĩa lỏng lẻo. Sáu nguyên tố – boron, silicon, germanium, arsenic, antimony và tellurium – được chọn một cách tự nhiên. Số lượng này có thể được bổ sung thêm bất kì hay cả năm nguyên tố khác – polonium, astatine, selenium, nhôm, và carbon. Tất cả rơi vào một đường chéo răng cưa trên bảng tuần hoàn – lãnh thổ cạnh tranh chia tách các nguyên tố kim loại với phi kim. Mặc dù các á kim thường na ná kim loại, song chúng biểu hiện hành trạng hóa học của phi kim. Silicon tinh khiết thì sáng bóng, nhưng nó không giống kim loại ở chỗ nó giòn và không thể dát mỏng. Không giống phi kim, đa số á kim sẽ không dẫn điện, nhưng một số sẽ dẫn dưới những điều kiện đặc biệt. Điều này cho phép chúng được dùng làm vật liệu bán dẫn trong các ứng dụng điện tử.

Miếng silicon tinh khiết