التآصل

التآصل أو التآصل ( من اليونانية القديمة ἄλλος (allos) بمعنى " آخر " و τρόπος (tropos) بمعنى " طريقة، شكل " ) هو خاصية بعض العناصر الكيميائية التي تسمح لها بالوجود في شكلين أو أكثر مختلفين، ضمن نفس الحالة الفيزيائية ، وتُعرف هذه الأشكال باسم التآصلات . التآصلات هي تعديلات بنيوية مختلفة للعنصر: حيث ترتبط ذرات العنصر معًا بطرق مختلفة. ^{[ 1 ]} على سبيل المثال، تشمل تآصلات الكربون الماس (حيث ترتبط ذرات الكربون معًا لتشكيل شبكة مكعبة من رباعيات الأوجه )، والجرافيت (حيث ترتبط ذرات الكربون معًا في صفائح من شبكة سداسية )، والجرافين (صفائح مفردة من الجرافيت)، والفوليرين (حيث ترتبط ذرات الكربون معًا في تكوينات كروية أو أنبوبية أو بيضاوية).  

يُستخدم مصطلح التآصل للعناصر فقط، وليس للمركبات . أما المصطلح الأكثر عمومية، والذي يُستخدم لأي مركب، فهو تعدد الأشكال ، مع أن استخدامه يقتصر عادةً على المواد الصلبة كالبلورات. يشير التآصل فقط إلى الأشكال المختلفة للعنصر ضمن نفس الحالة الفيزيائية (أي البلازما ، والغازات ، والسوائل ، والمواد الصلبة ). ولا تُعدّ الاختلافات بين هذه الحالات الفيزيائية وحدها أمثلة على التآصل. ويُشار إلى متآصلات العناصر الكيميائية غالبًا باسم الأشكال المتعددة أو أطوار العنصر.

بالنسبة لبعض العناصر، تمتلك المتآصلات صيغًا جزيئية مختلفة أو بنى بلورية مختلفة، بالإضافة إلى اختلاف في الحالة الفيزيائية؛ فعلى سبيل المثال، يمكن أن يوجد متآصلان للأكسجين ( الأكسجين الجزيئي ، O₂ _، والأوزون ، O₃ ₎ في الحالات الصلبة والسائلة والغازية. بينما لا تحتفظ عناصر أخرى بمتآصلات متميزة في حالاتها الفيزيائية المختلفة؛ فعلى سبيل المثال، للفوسفور العديد من المتآصلات الصلبة ، والتي تعود جميعها إلى نفس الشكل P₄ _عند انصهارها في الحالة السائلة.

طُرح مفهوم التآصل لأول مرة عام 1840 من قِبل العالم السويدي البارون يونس ياكوب بيرزيليوس ( بالسويدية: [ jœ̌ns ˈjɑ̂ːkɔb bæˈʂěːlɪɵs ] ؛ ^{[ 2 ]} 1779–1848). ^{[ 3 ] [ 4 ]} يُشتق المصطلح من الكلمة اليونانية άλλοτροπἱα (allotropia) التي تعني " التغير، التقلب " . ^{[ 5 ]} بعد قبول فرضية أفوجادرو عام 1860، أصبح من المفهوم أن العناصر يمكن أن توجد على شكل جزيئات متعددة الذرات، وتم التعرف على شكلين متآصلين للأكسجين هما O₂ _و O₃ _. [ ^{4 ] في} أوائل القرن العشرين، تم إدراك أن حالات أخرى، مثل الكربون، تعود إلى اختلافات في البنية البلورية. 

بحلول عام ١٩١٢، لاحظ أوستوالد أن التآصل بين العناصر ليس إلا حالة خاصة من ظاهرة تعدد الأشكال المعروفة في المركبات، واقترح التخلي عن مصطلحي "التآصل" و"التآصل" واستبدالهما بمصطلحي "تعدد الأشكال" و"تعدد الأشكال". ^{[ ٦ ] [ ٤ ]} ورغم أن العديد من الكيميائيين الآخرين قد كرروا هذه النصيحة، إلا أن الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) ومعظم كتب الكيمياء لا تزال تفضل استخدام مصطلحي "التآصل" و"التآصل" للعناصر فقط. ^{[ ٧ ]}

المتآصلات هي أشكال بنيوية مختلفة لنفس العنصر، وقد تُظهر خصائص فيزيائية وسلوكيات كيميائية متباينة تمامًا. ويحدث التحول بين هذه المتآصلات بفعل القوى نفسها التي تؤثر على البنى الأخرى، أي الضغط والضوء ودرجة الحرارة . ولذلك، يعتمد استقرار كل متآصل على ظروف معينة. فعلى سبيل المثال، يتحول الحديد من بنية مكعبة مركزية الجسم ( الفريت ) إلى بنية مكعبة مركزية الأوجه ( الأوستنيت ) عند درجة حرارة أعلى من 906  درجة مئوية، ويخضع القصدير لتحول يُعرف باسم "بيست القصدير" من شكله المعدني إلى شكله شبه المعدني عند درجة حرارة أقل من 13.2  درجة مئوية (55.8  درجة فهرنهايت). ومن الأمثلة على المتآصلات ذات السلوك الكيميائي المختلف، الأوزون (O3 ₎ الذي يُعد عامل مؤكسد أقوى بكثير من الأكسجين (O2 ₎ .

عادةً، تميل العناصر القادرة على تغيير عدد التناسق و/أو حالات الأكسدة إلى إظهار عدد أكبر من الأشكال المتآصلة. ومن العوامل الأخرى المساهمة في ذلك قدرة العنصر على تكوين سلاسل .

من أمثلة المتآصلات ما يلي:

المعادن

من بين العناصر المعدنية التي توجد في الطبيعة بكميات كبيرة (56 عنصرًا حتى اليورانيوم، باستثناء التكنيتيوم والبروميثيوم)، فإن ما يقرب من نصفها (27 عنصرًا) تكون متآصلة عند الضغط الجوي: الليثيوم، والبريليوم، والصوديوم، والكالسيوم، والتيتانيوم، والمنغنيز، والحديد، والكوبالت، والسترونتيوم، والإيتريوم، والزركونيوم، والقصدير، واللانثانوم، والسيريوم، والبراسيوديميوم، والنيوديميوم، والساماريوم، والغادولينيوم، والتيربيوم، والديسبروسيوم، والإيتربيوم، والهافنيوم، والثاليوم، والثوريوم، والبروتكتينيوم، واليورانيوم. ومن بين التحولات الطورية بين الأشكال المتآصلة للمعادن ذات الأهمية التكنولوجية، نجد تحول التيتانيوم عند 882  درجة مئوية، والحديد عند 912  درجة مئوية و1394  درجة مئوية، والكوبالت عند 422  درجة مئوية، والزركونيوم عند 863  درجة مئوية، والقصدير عند 13  درجة مئوية، واليورانيوم عند 668  درجة مئوية و776  درجة مئوية.

عنصر	اسم المرحلة (أسماء المراحل)	المجموعة الفضائية	رمز بيرسون	نوع البنية	وصف
الليثيوم	ألفا-ليثيوم	R 3 م	hR9	α-Sm	الأشكال التي تقل عن 70 ألف. [ 11 ]
	β-Li	أنا 3 م	cI2	دبليو	مستقر في درجة حرارة وضغط الغرفة.
		Fm 3 م	cF4	النحاس	أشكال أعلى من 7 جيجا باسكال
		R 3 م	hR1	ألفا-هج	تشكلت مرحلة وسيطة عند ضغط 40 جيجا باسكال تقريبًا. [ 12 ]
		أنا 4 ثلاثي الأبعاد	cI16		تتشكل فوق 40 جيجا باسكال. [ 12 ]
			oC88		تتشكل بين 60 و 70 جيجا باسكال. [ 13 ]
			oC40		تتشكل بين 70 و 95 جيجا باسكال. [ 13 ]
			oC24		الأشكال فوق 95 جيجا باسكال. [ 13 ]
البريليوم	ألفا-بي	P6 3 /mmc	hP2	المغنيسيوم	مستقر في درجة حرارة وضغط الغرفة.
	β-Be	أنا 3 م	cI2	دبليو	تتشكل عند درجة حرارة أعلى من 1255  درجة مئوية.
الصوديوم	ألفا-صوديوم	R 3 م	hR9	α-Sm	النماذج التي تقل عن 20 ألف.
	β-Na	أنا 3 م	cI2	دبليو	مستقر في درجة حرارة وضغط الغرفة.
		Fm 3 م	cF4	النحاس	يتشكل عند درجة حرارة الغرفة فوق 65 جيجا باسكال. [ 14 ]
		أنا 4 ثلاثي الأبعاد	cI16		يتشكل في درجة حرارة الغرفة، 108 جيجا باسكال. [ 15 ]
		Pnma	oP8	MnP	يتشكل في درجة حرارة الغرفة، 119 جيجا باسكال. [ 16 ]
			tI19*		بنية مضيف-ضيف تتشكل فوق ما بين 125 و 180 جيجا باسكال. [ 13 ]
			hP4		تتشكل فوق 180 جيجا باسكال. [ 13 ]
المغنيسيوم		P6 3 /mmc	hP2	المغنيسيوم	مستقر في درجة حرارة وضغط الغرفة.
		أنا 3 م	cI2	دبليو	تتشكل فوق 50 جيجا باسكال. [ 17 ]
الألومنيوم	α-Al	Fm 3 م	cF4	النحاس	مستقر في درجة حرارة وضغط الغرفة.
	β-Al	P6 3 /mmc	hP2	المغنيسيوم	تتشكل فوق 20.5 جيجا باسكال.
البوتاسيوم		أنا 3 م	cI2	دبليو	مستقر في درجة حرارة وضغط الغرفة.
		Fm 3 م	cF4	النحاس	تتشكل فوق 11.7 جيجا باسكال. [ 13 ]
		I4/mcm	tI19*		بنية مضيف-ضيف تتشكل عند حوالي 20 جيجا باسكال. [ 13 ]
		P6 3 /mmc	hP4	NiAs	تتشكل فوق 25 جيجا باسكال. [ 13 ]
		Pnma	oP8	MnP	الأشكال فوق 58 جيجا باسكال. [ 13 ]
		I4 1 /amd	tI4		الأشكال فوق 112 جيجا باسكال. [ 13 ]
		سي إم سي إيه	oC16		Formas أعلى من 112 جيجا باسكال. [ 13 ]
حديد	α-Fe، الفريت	أنا 3 م	cI2	مكعب مركزي الجسم	مستقر في درجة حرارة وضغط الغرفة. مغناطيسي حديدي عند درجة حرارة أقل من 770  درجة مئوية، ومغناطيسي مساير من درجة حرارة 770 إلى 912  درجة مئوية.
	حديد غاما، أوستنيت	Fm 3 م	cF4	مكعب مركزي الوجه	مستقر من 912 إلى 1394  درجة مئوية.
	حديد دلتا	أنا 3 م	cI2	مكعب مركزي الجسم	مستقر من 1394 إلى 1538  درجة مئوية، وله نفس بنية α-Fe.
	حديد إبسيلون، هيكسافيروم	P6 3 /mmc	hP2	سداسي متراص	مستقر عند الضغوط العالية.
الكوبالت [ 18 ]	ألفا-كوبالت			سداسي متراص	تتشكل عند درجة حرارة أقل من 450  درجة مئوية.
	بيتا-كوبالت			مكعب مركزي الوجه	تتشكل عند درجة حرارة أعلى من 450  درجة مئوية.
	إبسيلون-كوبالت	ص4 1 32		مكعب بدائي	تتكون من التحلل الحراري لـ [Co 2 CO 8 ]. متآصل نانوي.
الروبيديوم	α-Rb	أنا 3 م	cI2	دبليو	مستقر في درجة حرارة وضغط الغرفة.
			cF4		الأشكال فوق 7 جيجا باسكال. [ 13 ]
			oC52		الأشكال التي تزيد عن 13 جيجا باسكال. [ 13 ]
			tI19*		الأشكال فوق 17 جيجا باسكال. [ 13 ]
			tI4		تتشكل فوق 20 جيجا باسكال. [ 13 ]
			oC16		الأشكال فوق 48 جيجا باسكال. [ 13 ]
القصدير	القصدير ألفا، القصدير الرمادي ، آفة القصدير	Fd 3 م	cF8	دي سي	مستقر عند درجة حرارة أقل من 13.2  درجة مئوية.
	القصدير بيتا، القصدير الأبيض	I4 1 /amd	tI4	β-Sn	مستقر في درجة حرارة وضغط الغرفة.
	القصدير غاما، القصدير المعيني	I4/mmm	tI2	في	تتشكل فوق 10 جيجا باسكال. [ 19 ]
	γ'-Sn	أنا	oI2	MoPt 2	تتشكل فوق 30 جيجا باسكال. [ 19 ]
	σ-Sn، γ"-Sn	أنا 3 م	cI2	دبليو	يتشكل عند ضغوط أعلى من 41 جيجا باسكال. [ 19 ] يتشكل عند ضغوط عالية جدًا. [ 20 ]
	δ-Sn	P6 3 /mmc	hP2	المغنيسيوم	الأشكال فوق 157 جيجا باسكال. [ 19 ]
	ستانين
البولونيوم	ألفا-بولونيوم			مكعب بسيط
	بيتا-بولونيوم			معيني الأوجه

أكثر الهياكل استقرارًا في الظروف القياسية. هياكل مستقرة عند درجات حرارة أقل من درجة حرارة الغرفة. هياكل مستقرة عند درجات حرارة أعلى من درجة حرارة الغرفة. هياكل مستقرة عند ضغط أعلى من الضغط الجوي.

اللانثانيدات والأكتينيدات

• يحتوي السيريوم والساماريوم والديسبروسيوم والإيتربيوم على ثلاثة أشكال متآصلة.
• للبراسيوديميوم والنيوديميوم والغادولينيوم والتيربيوم شكلان متآصلان .​
• للبلوتونيوم ستة أشكال صلبة متميزة تحت الضغوط "العادية". وتختلف كثافتها بنسبة تقارب 4:3، مما يُعقّد بشكل كبير جميع أنواع العمليات المتعلقة بهذا المعدن (خاصةً الصب والتشكيل والتخزين). ويوجد شكل سابع للبلوتونيوم عند ضغوط عالية جدًا. كما أن معادن ما بعد اليورانيوم ، وهي النبتونيوم والأمريسيوم والكوريوم ، لها أشكال متآصلة أيضًا.
• يحتوي كل من البروميثيوم والأمريكيوم والبركليوم والكاليفورنيوم على ثلاثة أشكال متآصلة ^{. [ 21} ]

في عام ٢٠١٧، طُرح مفهوم التآصل النانوي. ^{[ ٢٢ ]} التآصلات النانوية، أو أشكال المواد النانوية ، هي مواد نانوية مسامية لها نفس التركيب الكيميائي (مثل الذهب)، ولكنها تختلف في بنيتها على المستوى النانوي (أي على مقياس يتراوح بين ١٠ و١٠٠ ضعف أبعاد الذرات الفردية). ^{[ ٢٣ ]} قد تُسهم هذه التآصلات النانوية في ابتكار أجهزة إلكترونية فائقة الصغر وإيجاد تطبيقات صناعية أخرى. ^{[ ٢٣ ]} تُترجم البنى النانوية المختلفة إلى خصائص مختلفة، كما تم إثباته من خلال تشتت رامان المُحسَّن سطحيًا الذي أُجري على العديد من التآصلات النانوية المختلفة للذهب. ^{[ ٢٢ ]} كما تم ابتكار طريقة من خطوتين لتوليد التآصلات النانوية. ^{[ ٢٣ ]}

• متماثل
• تعدد الأشكال (علم المواد)

• تشيشولم، هيو ، محرر (1911). "التآصل"  . الموسوعة البريطانية (  الطبعة الحادية عشرة). مطبعة جامعة كامبريدج.

• نايجل بانس وجيم هانت. "ركن العلوم: الأشكال المتآصلة" . مؤرشف من الأصل في 31 يناير 2008. تم الاطلاع عليه في 6 يناير 2017 .
• المتآصلات – موسوعة الكيمياء