భిన్నరూపత

గ్రీకు భాషలో "అల్లోస్" అనగా "వేరే", "ట్రోపోస్" అనగా "రూపాలు" అని అర్థం కనుక భిన్నరూపత అంటే allotrophy. కొన్ని రసాయన మూలకాలు ఒకే భౌతిక స్థితిలో రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ వేర్వేరు రూపాల్లో వుండేటటువంటి గుణమును భిన్నరూపత అని అంటారు. వీటిని రూపాంతరాలు (allotropes) అని పిలుస్తారు. ఒక మూలకం యొక్క నిర్మాణములో వివిధ మార్పులతో వుంటాయి ఈ రూపాంతరాలు. అనగా ఆ మూలకం యొక్క అణువులు వివిధ పద్ధతులలో అమర్చబడి ఉంటాయి.

వజ్రం, గ్రాఫైట్ అనేవి కార్బన్ యొక్క రెండు రూపాంతరాలు: ఇవి ఒకే మూలకం యొక్క స్ఫటికాకార నిర్మాణంలో తేడా వుండే శుద్ధ రూపాలు.

ఈ సందర్భంలో రెండు సాంకేతిక పదాల అర్థాలలో తేడా గమనించడం అవసరం. ఒకటి బహురూపత (polymorphism), రెండవది భిన్నరూపత (allotropy). ఒకే పదార్థం రెండు (లేదా, రెండు కంటే ఎక్కువ) స్పటికాకారాలని ప్రదర్శించగలిగితే దానిని బహురూపత (polymorphism) అంటారు. ఉదాహరణకి, ఉష్ణోగ్రత కాని, పీడనం కాని మారినప్పుడు కొన్ని పదార్థాల స్పటికాకారాలలో మార్పు వస్తుంది (ఉ. మెర్క్యురిక్ అయొడైడ్, HgI, రెండు రకాల స్పటికాకారాలు ప్రదర్శిస్తుంది).

ఇప్పుడు కర్బనం లేదా కార్బన్ అనే మూలకం సంగతి చూద్దాం. కర్బనం వజ్రం (diamond) రూపంలోనైనా ఉండవచ్చు, గ్రాఫైట్ (graphite) రూపంలోనైనా ఉండవచ్చు. అనగా, వజ్రం, గ్రాఫైట్ అనేవి కర్బనం యొక్క రెండు రూపాంతరాలు (allotropes). ఇవి ఒకే మూలకం యొక్క స్ఫటికాకార నిర్మాణంలో తేడా వుండే శుద్ధ రూపాలు. ఉదాహరణకు, వజ్రంలో కార్బన్ అణువులు ఒక చతుర్ముఖ జాలక (cubic structure) అమరికలో వుంటాయి. గ్రాఫైట్లో కార్బన్ అణువులు ఒక షట్కోణ జాలకాలు (hexagonal structure) పొరలుగా అమర్చబడి వుంటాయి. గ్రాఫేన్-గ్రాఫైట్ ఏక పొరలను కల్గి వుంటుంది. ఫుల్లెరెన్సెస్లో కార్బన్ అణువుల గోళాకార గొట్టపు లేదా దీర్ఘ వృత్త ఆకారములో నిర్మించబడి వుంటాయి. భిన్నరూపత అను పదమును కేవలము మూలకాలకు తప్ప సమ్మేళనాలకు వుపయోగించకూడదు. బహురూపత పోలిమార్ఫిజం అనునది ఏ స్ఫటికాకార పదార్థముకైనా ఉపయోగించగలిగే విస్తృత భావము కలిగి వున్న పదము. భిన్నరూపత అనునది ఒకే భౌతిక స్థితిలోని మూలకం యొక్క వివిధ రూపాలను మాత్రమే సూచిస్తుంది.

కొన్ని మూలకాలకు వివిధ భౌతిక స్థితులలో రకరకాలా పరమాణు సూత్ర నిర్మాణముతో వుండే రూపాలను కూడా ఈ భిన్నరూపతకు ఉదాహరణలుగా చెప్పవచ్చు. ఉదాహరణకు ఆక్సిజన్ యొక్క రెండు రూపాంతరాలు ( డైఆక్సిజన్O₂, ఓజోన్ O₃). ఈ రెండు రూపాంతరాలు ఘన, ద్రవ, వాయు స్థితిలో వుంటాయి. దీనికి విరుద్ధంగా, కొన్ని మూలకాలు వివిధ భౌతిక స్థితులలో విభిన్న రూపాంతరాలు సంతరించుకోలేవు. ఉదాహరణకు భాస్వరం అనేక ఘన రూపాంతరాలు ఉన్నాయి కానీ అవన్నీ ద్రవస్థితికి ద్రవించినప్పుడు ఒకే P₄ రూపాన్ని సంతరించుకుంటాయి.

చరిత్ర

భిన్నరూపత అను భావన నిజానికి స్వీడన్ శాస్త్రవేత్త అయిన జాన్ జేకబ్ బెర్జీలియస్ చే (1779-1848) 1841 లో ప్రతిపాదించబడింది. ఈ పదం గ్రీకు άλλοτροπἱα నుండి ఉద్భవించింది (άλλοτροπἱα - వైవిధ్యం, మారే స్వభావాము). సా. శ. 1860 లో అవగాడ్రో ప్రతిపాదించిన పరికల్పన అంగీకారం పొందిన తరువాత మూలకాలు బహు-అణువుల (బణువులు) సమ్మేళనముతో వునికిలో వుంటాయి అని అవగతమైనది. 20 వ శతాబ్దంలో ఆక్సిజన్ యొక్క రెండు రూపాంతరాలు (డైఆక్సిజన్ - O2, ఓజోన్-O3) గుర్తించబడ్డాయి. కార్బన్ విషయములో ఈ భిన్నరూపాలకు స్పటిక నిర్మాణములో వైవిధ్యమే కారణంగా గుర్తించబడింది.

1912 నాటికి ఆస్ట్వాల్డ్ ఈ మూలకాల భిన్నరూపత అనునది కేవలము సమ్మేళనాలకి సంబంధించిన పాలిమార్ఫిజం యొక్క ప్రత్యేక సందర్భంగా గుర్తించాడు. అతను ఈ భిన్నరూపాలు, భిన్నరూపత అను పదములు రద్దు చేసి వాటిని బహురూపకాలు, పాలిమార్ఫిజం చేత భర్తీ చేయాలని ప్రతిపాదించాడు. అనేక ఇతర రసాయన శాస్త్రవేత్తలు దీనిని సమ్మతించినప్పటికీ, ఇప్పటికీ ఐయుపిఏసి వారు, పెక్కు రసాయన గ్రంథాలు మూలకాలకు మాత్రము భిన్నరూపాలు, భిన్నరూపత అనే పదములనే విరివిగా వుపయోగిస్తున్నారు.

మూలకం యొక్క రూపాంతరాల లక్షణాలలో వైరుధ్యాలు

ఈ భిన్నరూపాలు అనునవి ఒకే మూలకం యొక్క వివిధ నిర్మాణ రూపాలు. వీటి భౌతిక లక్షణాలు, రసాయన ప్రవర్తనలు ఒకదానితో ఒకదానికి చాలా భిన్నంగా వుంటాయి. ఈ బహురూప రూపాల మధ్య ఆంతర్గత మార్పుకు ఒత్తిడి, కాంతి, ఉష్ణోగ్రత వంటి బాహ్య ఆంశాలను ప్రభావితము చేసే శక్తులే ముఖ్య కారణము. అందువల్ల నిర్దిష్ట రూపాంతరాల స్థిరత్వం ప్రత్యేక స్థితుల మీద ఆధారపడి ఉంటుంది. ఉదాహరణకు ఇనుము 906 °C ఉష్ణోగ్రత పైన శరీర కేంద్రీకృత క్యూబిక్ నిర్మాణం (body-centered cubic) (నియోడిమియమ్) నుండి ముఖ-కేంద్రీకృత క్యూబిక్ (face-centered cubic) నిర్మాణానికి రూపాంతరము చెందుతుంది. టిన్ 13.2 °C (55.8 °F) కన్నా తక్కువ ఉష్ణోగ్రతలో లోహ రూపం నుండి సెమీకండక్టర్ రూపానికి మారుతుంది . ఈ మార్పును టిన్ పెస్ట్ అంటారు. వైరుధ్య రసాయన ప్రవర్తన కల్గిన రూపాంతరాలకు ఉదాహరణగా ఓజోన్ (O₃), డైఆక్సిజన్ (O₂) ను చెప్పుకోవచ్చు. ఇందులో ఓజోన్ అనునది డైఆక్సిజన్ కంటే బలమైన ఆక్సీకరణ ప్రతినిధి.

రూపాంతరాల జాబితా

సాధారణంగా వివిధ కొఆర్డినేషన్ సంఖ్యలు అలాగే వివిధ ఆక్సీకరణ సంఖ్యలు ప్రదర్శించే సామర్థ్యం వున్న మూలకాలు మాత్రమే ఎక్కువ సంఖ్యలో ఈ భిన్నరూపాలను ప్రదర్శిస్తాయి. ఇంకొక ముఖ్యమైన విషయము కాటినేషన్ శక్తి . రూపాంతరాల యొక్క ఉదాహరణలు:

అలోహాలు

మూలకము	భిన్నరూపాలు
కర్బనం కార్బన్	వజ్రము - ఇది చాలా గట్టి పదార్ధము . కార్బన్ అణువులు చతుర్ముఖ జాలక ఆకారములో వుండే పారదర్శక స్ఫటికము . ఒక బలహీనమైన విద్యుత్ వాహకం . ఒక అద్భుతమైన ఉష్ణ వాహకం . లోన్సడలైట్ - దీనిని షట్కోణ వజ్రం అని కూడా పిలుస్తారు . గ్రాఫైట్ - ఒక మృదువైన, నలుపు రంగులో పొరలుగా వుండే ఘన పదార్ధము, ఒక మోస్తరు విద్యుత్ వాహకము. కార్బన్ అణువులు సమాంతర షట్కోణ ఆకృతిలో (గ్రాఫీన్) వుండి పొరలలో అమర్చబడి వుంటాయి. లీనియర్ ఆసిట్లినిక్ కార్బన్ (కార్బైన్) రూపరహిత కార్బన్ (ఎమార్ఫస్ కార్బన్) ఫుల్లెరీనులు - బక్మినీష్టర్ ఫుల్లరీన్ దీనిలోనిది. C60 లాంటి " బకిబాల్స్ " ఇందులో భాగమే. కార్బన్ సూక్ష్మనాళికలు - ఒక స్థూపాకార సూక్ష్మ నిర్మాణంతో వుండే కార్బన్ రూపాంతరాలు .
భాస్వరం	* తెల్ల భాస్వరం - ఘన స్ఫటికము P4 * ఎర్ర భాస్వరం - ఘన బహుభాగి (పాలిమర్) * సింధూర వర్ణ భాస్వరము * వైలెట్ భాస్వరం * నల్ల భాస్వరం - అర్ధవాహకి (సెమీకండక్టర్), గ్రాఫైట్ కు సాదృశ్యము . ద్విభాస్వరం
ఆమ్లజని	ద్వియామ్లజని డైఆక్సిజన్ -O2 రంగులేనిది (వెలిసినట్లున్న నీలం) ఓజోన్, O3- నీలం రంగు చతురామ్లజని చతుర్ ఆక్సిజన్' O4 అష్టామ్లజని ఆష్ట ఆక్సిజన్,O8 - ఎరుపు
గంధకం సల్ఫర్	గ్రంథకము మాత్రమే కార్బన్ తరువాత పెద్ద సంఖ్యలో రూపాంతరాలు కల్గి వున్న ఆలోహము.
సోమము (సెలీనియం)	ఎర్ర సోమము ఎర్ర సెలీనియం, సైక్లో - Se8 బూడిద సోమము బూడిద సెలీనియం- పాలిమర్ Se నల్ల సోమము నల్ల సెలీనియం- 1000 అణువులు వరుకు వుండే అడ్డదిడ్డ పాలిమర్ వలయాలు

ఉప ధాతువులు (మెటాలోయిడ్స్)

మూలకము	భిన్నరూపాలు
బోరాన్	రూపరహిత బోరాన్ - గోధుమ పొడి, B12 సాధారణ ఐకోసహెడ్రల్ α - రాంబోహెడ్రల్ బోరాన్ β- రాంబోహెడ్రల్ బోరాన్ γ - ఆర్ధోరాంబిక్ బోరాన α - టెట్రాగోనల్ బోరాన్ β- టెట్రాగోనల్ బోరాన్ సంవహనము దశ - దీంట్లో పీడనము తార స్థాయిలో వుంటుంది .
సిలికాన్	రూపరహిత సిలికాన్ స్ఫటికాకార సిలికాన్ - ఇది వజ్రము యొక్క క్యూబిక్ నిర్మాణాన్ని పోలి వుంటుంది పాషాణం(ఆర్సెనిక్) పసుపు ఆర్సెనిక్ - పరమాణు లోహేతర As4, తెల్ల భాస్వరాన్ని పోలిన నిర్మాణము . బూడిద ఆర్సెనిక్ - పాలిమర్ As ( ఉప ధాతువు ) నల్ల ఆర్సెనిక్- పరమాణు &లోహేతర స్వభావము . ఎర్ర భాస్వరాన్ని పోలిన నిర్మాణము .
జెర్మేనియం	α -జెర్మేనియం-అర్ధలోహ స్వభావము వజ్ర నిర్మాణాన్ని పోలిన నిర్మాణము . β -జెర్మేనియం - లోహ స్వభావము, సరిగ్గా β- టిన్ యొక్క నిర్మాణము .
నిలాంజనం, కాటుకరాయి (యాంటీమోని )	నీలం- తెలుపు కాటుకరాయి - స్థిరమైనది ( ఉప ధాతువు ), బూడిద ఆర్సెనిక్ యొక్క నిర్మాణము . పసుపు కాటుకరాయి - లోహేతర స్వభావము నలుపు కాటుకరాయి - లోహేతర స్వభావము విస్పోటనము చెందే నిలాంజనం

లోహాలు

ప్రకృతిలో గణనీయమైన పరిమాణాల్లో సంభవించే లోహ మూలకాలలో (Tc, Pm లేకుండా U వరకు మొత్తము 56) దాదాపు సగం (27) పరిసర ఒత్తిడి వద్ద బహురూపాలను సంతరించుకుంటాయి. అవి 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 and U. సాంకేతికంగా - సంబంధిత లోహాల బహురూప రూపాల మధ్య కొన్ని దశలలో మార్పులు సంభవిస్తాయి . ఉదాహరణకు 882 °C వద్ద Ti, 912 °C, 1394 °C వద్ద Fe, 422 °C వద్ద Co, 863 °C వద్ద Zr, 13 °C వద్ద Sn, 668 °C, 776 °C.వద్ద U రూపాంతరము చెందుతాయి .

మూలకము	భిన్నరూపాలు
తగరము(టిన్)	బూడిద టిన్ - α టిన్ టిన్ పెస్ట్ తెలుపు టిన్ - β బీటా టిన్ విసమాక్ష టిన్ - γ టిన్ సిగ్మా టిన్ - చాలా అధిక ఒత్తిడిలో ఏర్పడుతుంది .
ఇనుము	ఫెర్రైట్ నియోడిమియమ్- α ఇనుము 770 °C (క్యూరీ బిందువు ఉష్ణోగ్రత) క్రింద ఏర్పడుతుంది . ఇనుము దాని α రూపంలో అయస్కాంతము అవుతుంది. BCC β ఇనుము - 912 °C క్రింద ఏర్పడుతుంది. BCC స్పటిక నిర్మాణం కల్గి వుంటుంది . γ ఇనుము - 1,394 °C క్రింద ఏర్పడుతుంది. FCC స్పటిక నిర్మాణం కల్గి వుంటుంది . డెల్టా ఇనుము - కరిగిన ఇనుమును 1,538 °C క్రింద శీతలీకరణ చేస్తే ఇది ఏర్పడుతుంది. BCC స్పటిక నిర్మాణం కల్గి వుంటుంది . ఎప్సిలాన్ - అధిక పీడన వద్ద ఏర్పడుతుంది.
పొలోనియం	α - పొలోనియం - సాధారణ క్యూబిక్ (లోహము ) β - పొలోనియం - రాంబోహెడ్రల్ నిర్మాణము(లోహము )

రేడియోధార్మిక పదార్ధాలు

ఆక్టినోయిడ్స్ యొక్క దశ ల రేఖా చిత్రం.

సిరియం(Ce), సమారియం(Sm), డిప్రొసీయం(Dy), ఇట్రీబియం(Yb)కు మూడు రూపాంతరాలు ఉన్నాయి . Pr, నియోడైమియమ్, గడోలినియం, Tb కు రెండు రూపాంతరాలు ఉన్నాయి . ప్లుటోనియం(Pu) కు సాధారణ పీడనలలో ఆరు విభిన్న ఘన రూపాంతరాలు వున్నాయి . వాటి సాంద్రతలు 4:3 నిష్పత్తిలో మారతాయి . ఈ గుణము లోహమును అన్నీ రకముల పనులకు అనువుగా చేస్తుంది ముఖ్యంగా కాస్టింగ్, మ్యాచింగ్, నిల్వ వుండుటకు వీలుగా చేస్తుంది .ఏడవ ప్లుటోనియం(Pu) యొక్క రూపాంతరము చాలా అధిక పీడనము వద్ద ఏర్పడుతుంది . ట్రాన్స్యురేనియం లోహాలు అయిన Np, Am, Cm లకు కూడా బహురూపములు ఉన్నాయి . ప్రోమేన్థియం(Pm), Am, Bk, Cf లకు మూడు రూపాంతరాలు ఉంటాయి.,