آلوتروپ‌های مختلف یک عنصر از چند جهت می‌توانند با یکدیگر متفاوت باشند؟
317769#2
آلوتروپ‌های مختلف یک عنصر از دو جهت می‌توانند با یکدیگر متفاوت باشند:
دگرشکلی
917#18
اتم‌های عناصر خالص می‌توانند با یکدیگر بیش از یک نوع پیوند، ایجاد کرده و در نتیجه با چندین ساختار متفاوت مشاهده شوند. به این اشکال مختلف، آلوتروپ می‌گویند. آلوتروپ‌ها در خواص شیمیایی با یکدیگر متفاوت هستند. برای مثال، کربن می‌تواند به شکل الماس با ساختار چهاروجهی در اطراف هر اتم کربن، به شکل گرافیت با ساختار لایه‌لایه و شش وجهی، به شکل گرافین که تشکیل شده از یک لایه گرافیت و بسیار مستحکم است یا به شکل فولرن با ساختار کروی یافت شود. ریزلوله‌های کربن نیز یکی دیگر از آلوتروپ‌های کربن هستند که از لوله‌هایی با ساختار شش وجهی تشکیل شده‌اند (که حتی در خواص الکتریکی نیز می‌توانند با یکدیگر متفاوت باشند). توانایی یک عنصر برای وجود داشتن به اشکال مختلف آلوتروپی نامیده می‌شود.
عنصر شیمیایی
917#12
اگرچه تعداد پروتون‌های اتم‌های یک عنصر همواره برابر است؛ ولی اتم‌های یک عنصر می‌توانند دارای تعداد نوترون‌های متفاوت و در نتیجه عدد جرمی متفاوت (ایزوتوپ‌های متفاوت) باشند. برای مثال، هیدروژن دارای سه ایزوتوپ اصلی است که عبارتند از:
عنصر شیمیایی
1107867#2
قانون نسبت‌های معین همواره صادق نیست. این امر در مورد اکسیدهای فلزی بیشتر به چشم می‌خورد. برای مثال می‌توان به اکسیدآهن اشاره کرد که همیشه به صورت FeO در طبیعت یافت نمی‌شود. بعلاوه از آنجاییکه میزان شرکت یک عنصر در جرم یک ترکیب استوکیومتریک می‌تواند متفاوت باشد، نمونه‌های ایزوتوپیک آن عنصر با توجه به منبع یافت شده نیز می‌توانند با هم متفاوت باشند. از آنجاییکه فرایندهای نجومی، اتمسفری، اقیانوسی، پوسته ای و عمقی زمین می‌توانند باعث تمرکز ایزوتوپ‌های متفاوت در یک نقطه خاص شوند، از این تفاوت‌های جرمی می‌توان برای تاریخ‌نگاری زمان انجام این فرایندها استفاده برد.
قانون نسبت‌های معین
6491#6
از آن‌جا که ایزوتوپ‌های یک عنصر ساختار الکترونی مشابهی دارند، بنابراین ویژگی‌های شیمیایی آن‌ها نیز یکسان است، اما ویژگی‌های هسته‌ای آن‌ها متفاوت است. تنها استثنای این مطلب، سرعت واکنش است. ایزوتوپ‌های سنگین‌تر یک عنصر با سرعت کمتری نسبت به ایزوتوپ‌های سبک‌تر آن در واکنش شیمیایی شرکت می‌کنند. افزون بر این، تفاوت وزن ایزوتوپ‌ها می‌تواند با جابجا کردن مرکز جرم یک سیستم اتمی، در رفتار پیوند شیمیایی تأثیر بگذارد. (البته برای عناصر سنگین‌تر، می‌توان از تأثیر اختلاف ایزوتوپ‌ها چشم پوشی کرد)
ایزوتوپ
917#16
به جز هیدروژن که ایزوتوپ‌های آن دارای جرم نسبی بسیار متفاوت با یکدیگر و در نتیجه اثرات شیمیایی متفاوت می‌باشند، ایزوتوپ‌های دیگر عناصر به راحتی از هم قابل شناسایی نیستند.
عنصر شیمیایی
917#15
ایزوتوپ‌های یک عنصر، اتم‌هایی با تعداد پروتون‌های برابر و تعداد نوترون‌های متفاوت می‌باشند. برای مثال، عنصر کربن سه ایزوتوپ اصلی دارد. تمام اتم‌های کربن دارای شش پروتون در درون هسته خود هستند؛... ولی می‌توانند دارای شش، هفت یا هشت نوترون باشند؛ بنابراین سه ایزوتوپ کربن به ترتیب دارای عدد جرمی ۱۲، ۱۳ و ۱۴ بوده و کربن-۱۲، کربن-۱۳ و کربن-۱۴ نام دارند.
عنصر شیمیایی
917#27
چگالی در دما و فشار استاندارد، برای توصیف و تشخیص عناصر از یکدیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد. چگالی معمولاً با واحد g/cm بیان می‌شود. از آنجایی‌که تعداد زیادی از عناصر به شکل گاز یافت می‌شوند، چگالی آن‌ها نیز برای حالت گازی، مایع یا شکل جامد آن‌ها به صورت جداگانه بیان می‌شود. برای عناصری که آلوتروپ‌های متفاوت و در نتیجه چگالی‌های متفاوت دارند، معمولاً چگالی یک آلوتروپ به عنوان نماینده چگالی‌های متفاوت آن عنصر عنوان می‌شود. هر چند در صورت نیاز به جزئیات بیشتر می‌توان چگالی هر آلوتروپ را به صورت جداگانه عنوان کرد؛ مثلاً چگالی سه آلوتروپ معروف کربن یعنی کربن آمورفی، گرافیت و الماس به ترتیب ۱/۸–۲/۱، ۲/۲۶۷ و ۳/۵۱۵ g/cm می‌باشد.
عنصر شیمیایی
916#39
با وجود آنکه عنصرهای جدول تا اوگانسون شناسایی شده‌اند اما تنها تا عنصرهای هاسیم (عنصر ۱۰۸) و کوپرنیسیم (عنصر ۱۱۲) ویژگی‌های شیمیایی شناخته شده دارند. در حالی که دیگر عنصرها رفتاری متفاوت از آنچه برایشان از راه برون‌یابی پیش‌بینی می‌شود از خود نشان می‌دهند. برای نمونه برخی پژوهش‌ها می‌گوید که با اینکه عنصر فلروویوم در گروه کربن جای دارد اما باید رفتاری همانند گاز بی‌اثر رادون از خود نشان دهد، البته آزمایش‌های تازه‌تر همانندی‌هایی در رفتار شیمیایی فلروویوم و عنصر سرب پیدا کرده‌اند که این با جدول تناوبی همخوانی بیشتری دارد.
جدول تناوبی
3964710#12
ایزوتوپ‌ها می‌توانند ویژگی‌های هسته‌ای گوناگونی داشته باشند. اما ویژگی‌های شیمیایی یکسانی دارند. چرا که ویژگی‌های شیمیایی یک عنصر را آرایش الکترون‌های آن تعیین می‌کند نه ساختار هسته. حتی در هسته‌های سبک که اختلاف نسبت نوترون به پروتون بین ایزوتوپ‌های مختلف زیاد است، تغییر تعداد نوترون‌ها تأثیر محسوسی بر خواص شیمیایی ایزوتوپ‌ها ندارد (هرچند استثناءهای معدودی مثل ایزوتوپ‌های هیدروژن وجود دارد). از سوی دیگر نوکلیدها علاوه بر خواص هسته‌ای متفاوت، ممکن است خواص شیمیایی متفاوتی نیز داشته باشند. چرا که نوکلیدها در واقع «گونه‌های مختلف اتم‌ها» هستند.
نوکلید