ما هي ظاهرة التآصل؟

ظاهرة التآصل أو بالإنجليزية تعرف بـ “Allotropy”، وهي ظاهرة كميائية، فنطلق هذا المسمى عندما يتواجد أحد العناصر الكيميائية في شكلين فيزيائيين مختلفيين أو حتى أكثر من شكلين، حيث تترتب ذرات العنصر بطرق مختلفة في المواد الصلبة البلورية.

وتتشابه تلك الظاهرة مع ظاهرة تعدد الأشكال، أو ما تعرف أكثر باللغة الإنجليزية “Polymorphism”، لكن الفارق بينهما هو أن ظاهرة التآصل تحدث في العناصر الكميائية، وبشكل أدق ذرات تلك العناصر، على النقيض، فتحدث ظاهرة تعدد الأشكال في المركبات الكيميائية أو ترتيب  شكل العناصر المكونة لتلك المركبات.

هناك نوعان من التآصل:

وتلك الظروف التي يمكن أن يتعرض لها العنصر تتضمن:

أما بالنسبة لأمثلة العناصر التي تخضع لظاهرة التآصل أو Allotropy، فهو أحد الأمثلة الأشهر في العالم؛

 فنجد أنه المكون الأساسي، بل أيضًا الوحيد لكل من؛ “الجرافيت – Graphite”، “الألماس – Diamond”، “الجرافين – Graphene”، بالإضافة إلى “الفوليرين – fullerene”، وكل منهم له خواصه التي تميزه واستخدامه المختلف.

وبالتأكيد هناك اختلافات في الخصائص الكيميائية بل والفيزيائية أيضًا على الرغم تكونهم من نفس العنصر، وهذا يظهر بشكل واضح في كل من الجرانيت والألماس؛

وكان أول من استخدم مصطلح التآصل كان العالم “جونس جاكوب – Jöns Jacob Berzelius“، وهو عالم سويدي مختص في مجال الكيمياء، كان له الفضل في قبول إحدى أهم النظريات؛ وهي النظرية الذرية، بالإضافة للعديد من الأوراق البحثية والدراسات، إلا أنه أيضًا ألف العديد من الكتب، والتي تشمل:

يشير مصطلح ظاهرة التأصل أو Allotropy  كما ذكرنا إلى خاصية مميزة جدًا موجودة عند بعض العناصر الكيميائية، تسمح هذه الخاصية للعناصر في شكلين فيزيائين مختلفين أو أكثر، وكلاهما في حالة استقرار، قد تختلف هذه المركبات في ترتيب الذرات في المواد الصلبة ضمن الشبكة البلورية، أو في الجزيئات التي تحتوي على أعداد مختلفة من الذرات.

قد تكون ظاهرة التأصل أحادية الشكل، وفي هذه الحالة يكون أحد الأشكال هو الأكثر استقرارًا في جميع الظروف وفي كل الحالات، أو أن تكون متعددة الأشكال، وفي هذه الحالة تكون الأشكال المختلفة مستقرة في ظل ظروف مختلفة وتخضع لانتقالات عكسية من واحد إلى آخر في درجات حرارة وضغوط مميزة.

تنشأ الأشكال المختلفة من المركبات المتآصلة عن الطرق المختلفة التي يمكن أن تترابط بها الذرات معًا، وعن الظروف الفيزيائية التي تشكل عندها المركب، مع بقاء الصيغة الكيمائية هي نفسها، تم اقتراح مفهوم التآصل من قبل العالم السويدي يونس جاكوب برزيليوس في عام 1841.

وقد تبدي المركبات المتأصلة خصائص كيميائية وفيزيائية مختلفة جدًا. على سبيل المثال، الجرافيت والألماس كلاهما متآصلان للكربون يحدثان في الحالة الصلبة، ولكن يعتبر الجرافيت ناعم وقليل الصلابة، بينما يشتهر الألماس بصلابته الشديدة جدًا التي يستفاد منها في العديد من التطبيقات.

وتبدي المركبات المتآصلة للفوسفور ألوانًا مختلفة، مثل الأحمر والأصفر والأبيض، وقد تغير العناصر المتآصلة استجابة للتغيرات في الضغط ودرجة الحرارة ، أوعند التعرض للضوء وأشعة الشمس.

قد يلتبس بين مصطلحي التآصل وتعدد الأشكال، يشير مصطلح التآصل فقط إلى الأشكال المختلفة للعناصر الكيميائية النقية، بينما تسمى الظاهرة التي تعرض فيها المركبات التي تمتلك نفس الصيغة الجزئيية ولكن توجد بأشكال فيزيائية، وتبدي خواصًا فيزيائية وكيمائية مختلفة بالتآصال.

تشمل العناصر التي تبدي خاصية التآصل كلاً من القصدير والكربون والكبريت والفوسفور والأكسجين، والحديد.

كما يعتبر الحديد وسبائكه المواد الهندسية الأكثر شيوعًا التي لها أشكال متآصلة، يحتوي الحديد النقي في حالته الصلبة على ثلاثة أشكال متآصلة، تسمى الحديد غاما، والفرّيت التي يتميز بخواصه المغناطيسية المميزة وناقليته الضعيفة للتيار الكهربائي، والحديد بيتا.

هذا الأخير له بنية بلورية سداسية معبأة، وهي أعلى كثافة يمكن أن يتواجد فيها الحديد، ومستقرة فقط عند ضغوط عالية جدًا. وتختلف هذه الأشكال عن بعضها بدرجة الحرارة والضغط المناسبين لاستقرارهما.