同素异形体(allotrope)和异构体(isomer)的区别

元素周期表中的某些元素在室温下稳定时，可以以不同的公式或不同的排列方式出现。它们可以是由单个元素组成的化合物，也可以是由多个元素组成的化合物。同素异形体和异构体是这类元素的好例子。同素异形体与同分异构体的关键区别在于，同素异形体是元素相同但化学式不同的化合物，而异构体则是元素不同，化学式不同的化合物。

什么是同素异形体(an allotrope)？

同素异形词可以定义为另一种类型。具体地说，它是指由同一单一元素组成的不同类型的化合物，但化学式不同，排列方式不同。这些同素异形体在相同的条件下（室温）以相同的物理状态存在，但它们的物理和化学性质却有所不同。在金属、非金属和类金属中可以观察到不同的同素异形体。

同素异形体的例子

碳同素异形体

碳同素异形体以固态存在。最常见的类型是金刚石、石墨和碳黑。在这里，把它换成另一种结构是不容易的。金刚石是一种非常坚硬的结构，而石墨则没有那么硬。炭黑是以粉末的形式存在的。

图01：金刚石（左侧）和石墨（右侧）的结构和外观

氧的同素异形体

最常见的氧同素异形体是双原子氧（O2）和臭氧（O3）。它们的区别在于氧有两个氧原子与一个双键结合，而臭氧由三个氧原子组成，它们以共振结构存在。

硫同素异形体

硫的同素异形体根据附着的硫原子的数目和排列方式而不同。就硫而言，将一种形式的硫转化为另一种形式有点容易。

什么是同分异构体(an isomer)？

异构体是具有相同化学式但排列不同的化合物。同分异构体具有相同数量和类型的原子，但这些原子以不同的方式排列。因此，异构体的化学结构是不同的。异构体分为两大类，即结构异构体和立体异构体。

图02：异构体分类

结构异构体

在这种结构中，原子和官能团以不同的方式连接在一起，形成这种结构。这种类型包括链异构、位置异构和官能团异构。

立体异构体

异构体的键结构和官能团位置相同，但几何位置不同。立体异构体包括顺反异构体（=非对映体）和光学异构体（=对映体）。

图03：丙二醇的立体异构体（注意两个分子中H原子的几何形状不同）。