同素异形体(allotropes)和同位素(isotopes)的区别

化学元素可以以几种不同的形式自然存在。有时，元素与其他元素结合，有时，元素以其元素形式存在，如金（Au）。然而，有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的主要区别在于同素异形体是在分子水平上定义的，而同位素是在原子水平上定义的。...

主要差异同素异形体(main difference allotropes) vs. 同位素(isotopes)

覆盖的关键领域

1.什么是同素异形体-定义、性质、示例2.什么是同位素-定义、性质、示例3.同素异形体和同位素之间的区别是什么-关键区别的比较

Key Terms: Allotropes, Allotropy, Carbon, Gold, Hydrogen, Isotopes, Sulfur

什么是同素异形体(allotropes)？

同素异形体是同一化学元素在同一物理状态下稳定的不同形式。同素异形体中，同一元素的原子以不同的方式相互结合。换句话说，原子的空间排列是不同的，从一个同素异形体到另一个。同素异形体只由同一元素的原子组成。不同元素的原子不存在组合。

同一化学元素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是相等的，也可以是不同的。因此，同素异形体的化学和物理性质是不同的。

同素异形是用来描述特定化学元素同素异形体的存在或不存在的术语。并非所有的化学元素都有同素异形体。只有一些元素表现出同素异形。下面讨论一些常见的例子。

碳（c）

碳是一种显示同素异形的主要化学元素。碳最常见的同素异形体是石墨和金刚石。石墨和金刚石都只由碳原子组成。但它们的分子结构、碳原子杂化等物理性质却各不相同。

Figure 01: Chemical structures and the appearances of Diamond and Graphite

氧气

氧的同素异形体是氧（O2）和臭氧（O3）。它们在自然界中都是气相的，在分子结构、化学和物理性质上都有很大的不同。

硫黄

自然界中的硫以S8单位存在。这些单元由八个硫原子组成。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、针状（单斜）或正交形。S8的总体结构是顶部结构。

Figure 02: Crown structure of S8

同素异形是指处于物理状态的分子。因此，液态水和冰不是同素异形体，即使它们都只由水分子（H2O）组成。

什么是同位素(isotopes)？

同位素是同一化学元素的不同形式的原子结构。一般来说，原子是由原子核和围绕原子核的电子云构成的。原子核由质子和中子组成，而电子云只由电子组成。一个元素是由唯一数目的质子组成的。元素的原子序数是质子的数目。因此，每个化学元素都有一个唯一的原子序数。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，存在于原子核中的中子数并不是元素的唯一值。同一元素的原子核中可能有不同数量的中子。这些原子被称为同位素。

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（h）

氢的原子序数是1，因此它由1个质子组成。氢有三种常见的同位素。它们是钚、氘和氚。质子没有中子；氘有一个中子，氚有两个中子。

Figure 03: Isotopes of Hydrogen

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。

Figure 04: Isotopes of Helium

碳

碳原子也以同位素的形式出现。最常见的碳同位素是由6个中子组成的。有些碳同位素有7或8个中子。

同素异形体(allotropes)和同位素(isotopes)的区别

定义

同素异形体：同素异形体是同一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。

群众

同素异形体：同素异形体的摩尔质量可以相等，也可以是不同的。

同位素：同位素的原子序数相同，但原子质量不同。

丰度

同素异形体：并非所有的化学元素都有同素异形体。

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：由于存在等量的电子，同位素的化学性质相似。

稳定性

同素异形体：同素异形体是天然存在的稳定分子。

同位素：有些同位素是稳定的，而有些则是不稳定的。

结论

同素异形体和同位素都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的主要区别。同素异形体在性质上既可以有很小的差异，也可以有很大的差异。但是大多数同位素是根据它们的稳定性而不是其他性质而不同的。同位素的化学性质是相同的，因为它们有相同的电子数。几乎所有的化学性质都取决于电子的数目和排列。