Allotropie
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L'allotropie (du grec allos : autre et tropos matière) est, en chimie et en science des matériaux, la faculté de certains corps simples d'exister sous plusieurs formes cristallines ou moléculaires différentes. C'est l'équivalent du polymorphisme des corps composés. Par exemple, le carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) amorphe, le graphite, le diamant (Le diamant est un minéral composé de carbone (tout comme le graphite et la lonsdaléite), dont il représente l'allotrope de haute...), la lonsdaleite, la chaoite, le fullerène et la nanomousse sont les variétés allotropiques du carbone (les deux premières étant les plus courantes).

Le concept d'allotropie (L'allotropie (du grec allos : autre et tropos matière) est, en chimie et en science des matériaux, la faculté de certains corps simples d'exister sous plusieurs formes cristallines ou...) se réfère uniquement aux différentes formes d'un élément au sein de la même phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) ou état de la matière (Bien que le concept de phase soit simple, il est difficile de le définir précisément. Une bonne définition de la phase d'un système est « une région de l'espace des paramètres thermodynamiques du...) (solide, liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.), gaz). Les changements de phase d'un élément ne sont pas associés, par définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les définitions nominales.), à un changement de forme allotropique (par exemple l'ébullition (L’ébullition est la formation de bulles lors d’un changement violent d’un corps de l’état liquide vers l’état vapeur. Ce...) de l'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) liquide). Pour certains éléments, les formes allotropiques peuvent exister dans différentes phases. Par exemple, les deux formes allotropiques de l'oxygène, le dioxygène (Le dioxygène est une molécule composée de deux atomes d'oxygène, notée O2, qui est à l'état de gaz aux conditions normales de pression et de température.) et l'ozone (L’ozone (ou trioxygène) est un composé chimique comportant 3 atomes d’oxygène (O3). Sa structure est une résonance entre trois états. Métastable aux conditions ambiantes, l’ozone...) peuvent exister dans les phases solide, liquide et gazeuse.

La notion d'allotropie a été élaboré par le célèbre chimiste (Un chimiste est un scientifique qui étudie la chimie, c'est-à-dire la science de la matière à l'échelle moléculaire ou atomique...) suédois Jöns Jacob Berzelius.

Différences dans les propriétés physiques pour les formes allotropiques d'un élément

Les formes allotropiques d'un élément peuvent souvent avoir des propriétés physiques (couleur, dureté (Il existe différentes définitions de la dureté : pour un solide (minéral ou métal) et pour l'eau.), point (Graphie) de fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance constituée de molécules toutes...), conductivité électrique (La conductivité électrique est l'aptitude d'un matériau à laisser les charges électriques se déplacer librement, autrement dit à permettre le passage du courant électrique.), conductivité thermique) et une réactivité chimique différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une application...), bien qu'elles ne soient constituées que d'atomes du même élément. Les transformation d'une forme allotropique d'un élément à une autre sont souvent induits par la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) ou la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant...) et certaines formes ne sont stables que sous certaines conditions de température et de pression. Par exemple, le fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le plus...) existe sous la forme ferrite au dessous de 723°C et sous la forme austénite au dessus.

Exemples de formes allotropiques

Typiquement les éléments pouvant fomer un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de liaisons chimiques variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une formule, un prédicat ou un algorithme. En statistiques,...) et ceux qui possèdent des facultés de caténation tendent à avoir le plus grand nombre de formes allotropiques. Le phénomène d'allotropie est typiquement plus visible dans le cas des non-métaux et des métalloïdes

Quelques exemples par élément

Carbone:

  • le diamant - une forme cristalline extrèmement dure avec chaque atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement...) de carbone entouré de quatre liaisons simples dans un arrangement (La notion d'arrangement est utilisée en probabilités, et notamment pour les dénombrements en analyse combinatoire.) tétraédrique. C'est un isolant (Un isolant est un matériau qui permet d'empêcher les échanges d'énergie entre deux systèmes. On distingue : les isolants électriques, les isolants thermiques, les isolants phoniques et...) électrique.
    Le diamant et le graphite sont les deux formes allotropiques les plus répandues du carbone, elles diffèrent pas leur aspect (en haut) et leurs propriétés (voir texte). Cette différence est dues à leur structure (en bas).
    Le diamant et le graphite sont les deux formes allotropiques les plus répandues du carbone, elles diffèrent pas leur aspect (en haut) et leurs propriétés (voir texte). Cette différence est dues à leur structure (en bas).
  • la lonsdaleite est la forme hexagonale du diamant
  • le graphite - un solide noir mou, conduisant modérément l'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la branche de...). Les atomes de carbone, qui ont trois voisins forment un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un...) infini (Le mot « infini » (-e, -s ; du latin finitus, « limité »), est un adjectif servant à qualifier quelque chose qui n'a pas de limite en nombre ou en...) d'hexagones qui forment des couches qui sont en interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) faible.
  • la chaoite est un allotrope se formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur perçue est haute et inversement. Chaque voyelle se...) aux hautes pressions.
  • le fullerène - en forme de ballon de football, C60
  • les nanotubes de carbone

Phosphore (Le phosphore est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole P et de numéro atomique 15.):

  • Phosphore rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) - solide polymérique
  • Phosphore blanc (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir l'article Corps noir). C'est la sensation visuelle obtenue avec un...) - solide cristallin
  • Phosphore noir - semiconducteur, présentant des similitudes avec le graphite

Oxygène:

  • dioxygène, O2 - incolore
  • ozone, O3 - bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs primaires. Sa longueur d'onde est comprise approximativement entre 446 et 520 nm. Elle varie en luminosité du cyan à...)
  • tetraoxygène, O4 - rouge

Soufre (Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de numéro atomique 16.):

  • Soufre amorphe - solide polymérique
  • Soufre moléculaire - le soufre tend à former des molécules cycliques de S7 à S12

Anecdote

  • Allotropie est le titre d'un poème d'André Breton dans le recueil Le Revolver à cheveux blancs (1932).

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