主要区别——同素异形体与同位素

化学元素可以以几种不同的形式自然存在。有时，这些元素与其他元素结合，有时，元素以其元素形式存在，例如金 (Au)。然而，一些元素自然以不同的形式出现，但处于相同的物理状态。这种元素称为同素异形体。还有一些元素具有不同形式的原子结构。它们被称为同位素。同素异形体和同位素之间的主要区别在于 同素异形体在分子水平上定义，而同位素在原子水平上定义。

涵盖的关键领域

1.什么是同素异形体 – 定义、属性、示例 2.什么是同位素 – 定义、属性、示例 3.同素异形体和同位素有什么区别 – 主要差异的比较

关键术语：同素异形体、同素异形体、碳、金、氢、同位素、硫

什么是同素异形体

同素异形体是在相同物理状态下稳定的相同化学元素的不同形式。在同素异形体中，相同元素的原子以不同的方式相互结合。换句话说，原子的空间排列从一种同​​素异形体到另一种是不同的。同素异形体仅由相同元素的原子组成。不同元素的原子没有组合。

相同化学元素的同素异形体的物理状态是相同的。但是同素异形体的分子式可以相同也可以不同。因此，同素异形体的化学和物理性质可能彼此不同。

同素异形体是用于描述特定化学元素是否存在同素异形体的术语。所有化学元素都没有同素异形体。只有一些元素表现出同素异形性。下面讨论一些常见的例子。

碳（C）

碳是显示同素异形体的主要化学元素。碳最常见的同素异形体是石墨和金刚石。石墨和金刚石都仅由碳原子组成。但它们的分子结构、碳原子杂化等物理性质各不相同。

图 01：金刚石和石墨的化学结构和外观

氧

氧的同素异形体是双氧（O₂) 和臭氧 (O₃）。两者在自然界中都处于气相，在分子结构、化学和物理性质上各有不同。

硫

自然界中的硫被发现为 S₈ 单位。这些单元由八个硫原子组成。在这里，一个硫原子与另外两个硫原子结合形成环状结构。这些环状结构可以是菱形结构、针形（单斜）或斜方形。 S的一般结构₈ 是冠结构。

图02：S8的表冠结构

同素异形体是为处于物理状态的分子定义的。因此，液态水和冰不是同素异形体，即使它们都只由水分子组成（H₂哦）。

什么是同位素

同位素是同一化学元素的不同形式的原子结构。通常，原子由原子核和围绕该原子核的电子云构成。原子核由质子和中子组成，而电子云仅由电子组成。元素由唯一数量的质子组成。元素的原子序数是质子数。因此，每种化学元素都有唯一的原子序数。元素周期表是根据元素的原子序数建立的。在这里，化学元素按原子序数的升序排列。然而，原子核中存在的中子数并不是元素的唯一值。相同元素的原子在它们的原子核中可能有不同数量的中子。这些原子称为同位素。

特定元素的同位素可以是稳定的，也可以是不稳定的。不稳定的同位素可能会经历放射性衰变以获得稳定的形式。下面给出了一些最常见的同位素。

氢气 (H)

氢的原子序数为 1。因此，它由 1 个质子组成。有 3 种常见的氢同位素。它们是氚、氘和氚。 Protium 没有中子；氘有一个中子，氚的原子核中有两个中子。

图 03：氢的同位素

氦

氦由两个质子组成。氦的天然同位素有 1 个中子或 2 个中子。

图 04：氦的同位素

碳

碳原子也以同位素形式存在。碳最常见的同位素由 6 个中子组成。一些碳同位素有 7 或 8 个中子。

同素异形体和同位素之间的区别

定义

同素异形体： 同素异形体是相同化学元素的不同形式，在相同的物理状态下是稳定的。

同位素： 同位素是同一化学元素的不同形式的原子结构。

自然

同素异形体： 同素异形体描述分子结构。

同位素： 同位素描述原子结构。

大量的

同素异形体： 同素异形体的摩尔质量可以相等也可以不同。

同位素： 同位素的原子序数相同，但原子质量不同。

丰富

同素异形体： 并非所有化学元素中都存在同素异形体。

同位素： 同位素几乎存在于所有元素中。

化学性质

同素异形体： 同素异形体的化学性质各不相同。

同位素： 由于存在相同数量的电子，同位素的化学性质相似。

稳定

同素异形体： 同素异形体是天然存在的稳定分子。

同位素： 一些同位素是稳定的，而另一些则不稳定。

结论

同素异形体和同位素都是指特定化学元素的不同形式。同素异形体解释了分子结构的差异。同位素解释了原子结构的差异。这是同素异形体和同位素之间的主要区别。同素异形体的性质可能有非常细微的差异，也可能有很大的差异。但是大多数同位素根据它们的稳定性而不是其他特性而彼此不同。同位素的化学性质相同，因为它们具有相同数量的电子。几乎所有的化学性质都取决于电子的数量和排列。

参考：

1.赫尔曼斯廷，安妮玛丽。 “什么是同位素？定义和例子。”思想公司N.p.，日期不详网。在这里可用。 2017 年 7 月 20 日。2.“同位素和同素异形体”。 GK今日。 N.p.，日期不详网。在这里可用。 2017 年 7 月 20 日。

图片提供：

1.“钻石和石墨2”，作者：Diamond_and_graphite.jpg：用户：Itubderivative 工作：材料科学家（谈话）– Diamond_and_graphite.jpgFile:Graphite-tn19a.jpg（CC BY-SA 3.0）通过 Commons Wikimedia2。 “Cycloctasulfur-above-3D-balls”（公共领域）来自Commons Wikimedia3。 BruceBlaus 撰写的“Blausen 0530 HydrogenIsotopes” – 自己的作品（CC BY 3.0），来自 Commons Wikimedia4。 Uwe W. 的“Helium-3 和 Helium-4” – 通过 Commons Wikimedia 自己的作品（公共领域）