化學性質
同素異形體（allotropes)的化學性質相似。
例如氧氣是沒有顏色、沒有氣味的氣體，而臭氧是淡藍色、有魚腥味的氣體；氧氣的沸點-183℃，而臭氧的沸點-111．5℃；氧氣比臭氧穩定，沒有臭氧的氧化性強等。一定要是單質。比如氧氣和臭氧，一個是O₂一個是O₃。
金剛石和石墨，都是碳。
同素異形體之間的轉化不一定屬於化學變化（例如：單斜硫和斜方硫）。
形成方式
有多種：
如：
1．組成分子的原子數目不同，例如：氧氣（O₂）和臭氧（O₃）。
2．晶格中原子的排列方式不同，例如：金剛石和石墨和C₆₀。
3．晶格中分子排列的方式不同，例如：正交硫和單斜硫。
4. 還有紅磷和白磷。
性質特點
化學性質與物理性質均有差異，以熟知的金剛石與石墨為例，金剛石每個碳原子與相鄰的四個碳原子以共價鍵連線，形成四面體結構，是一種原子晶體。而石墨中，碳原子呈層狀排列，每一層的碳原子以共價鍵連線形成平面六邊形，因此相對穩定，但層與層只見僅依靠微弱的分子間作用力連線，易發生相對滑動，因此石墨的化學性質與金剛石相比更為活潑，物理性質差異更加明顯，金剛石是無色透明的晶體，熔點與硬度遠大於石墨。而石墨是深灰色、質軟、不透明，易導電的片狀固體。
相關示例
碳
碳的同素異形體有金剛石、石墨和C60（富勒烯），它們的不同性質是由微觀結構的不同所決定的。
（1）金剛石
金剛石呈正四面體空間網狀立體結構，碳原子之間形成共價鍵。當切割或熔化時，需要克服碳原子之間的共價鍵，金剛石是自然界已經知道的物質中硬度最大的材料，它的熔點高。上等無瑕的金剛石晶瑩剔透，折光性好，光彩奪目，是人們喜愛的飾品，也是尖端科技不可缺少的重要材料。顆粒較小、質量略為低劣的金剛石常用在普通工業方面，如用於製作儀器儀表軸承等精密元件、機械加工、地質鑽探等。鑽石在磨、鋸、鑽、拋光等加工工藝中，是切割石料、金屬、陶瓷、玻璃等所不可缺少的；用金剛石鑽頭代替普通硬質合金鑽頭，可大大提高鑽進速度，降低成本；鑲嵌鑽石的牙鑽是牙科醫生得心應手的工具；鑲嵌鑽石的眼科手術刀的刀口鋒利光滑，即使用1000倍的顯微鏡也看不到一點缺陷，是摘除眼睛內白內障普遍使用的利器。金剛石在機械、電子、光學、傳熱、軍事、航天航空、醫學和化學領域有著廣泛的套用前景。
石墨是片層狀結構，層內碳原子排列成平面六邊形，每個碳原子以三個共價鍵與其它碳原子結合，同層中的離域電子可以在整層活動，層間碳原子以分子間作用力（范德華力）相結合。石墨是一種灰黑色、不透明、有金屬光澤的晶體。天然石墨耐高溫，熱膨脹係數小，導熱、導電性好，摩擦係數小。石墨被大量用來做電極、坩堝、電刷、潤滑劑、鉛筆等。具有層狀結構的石墨在適當條件下使某些原子或基團插入層內與C原子結合成石墨層間化合物。這些插入化合物的性質基本上不改變石墨原有的層狀結構，但片層間的距離增加，稱為膨脹石墨，它具有天然石墨不具有的可繞性，回彈性等，可作為一種新型的工程材料，在石油化工、化肥、原子能、電子等領域廣泛套用。
（2）C60:1985年，美國德克薩斯洲羅斯大學的科學家們製造出了第三種形式的單質碳C60， C60是由60個碳原子形成的封閉籠狀分子，形似足球，C60為黑色粉末，易溶於二硫化碳、苯等溶劑中。人們以建築大師B·富勒的名字命名了這種形式的單質碳，稱為富勒烯（fullarene）。這是因為富勒設計了稱為球狀穹頂的建築物，而某些富勒烯的結構正好與其十分相似。C60曾又被稱足球烯、巴基球等，它屬於球碳族，這一類物質的分子式可以表示為Cn，n為28到540之間的整數值，在這些分子中，碳原子與另外三個碳原子形成兩個單鍵和一個雙鍵，它們實際上是球形共軛烯。
富勒烯分子由於其獨特的結構和性質，受到了廣泛的重視。人們發現富勒烯分子籠狀結構具有向外開放的面，而內部卻是空的，這就有可能將其他物質引入到該球體內部，這樣可以顯著地改變富勒烯分子的物理和化學性質。例如化學家已經嘗試著往這些中空的物質中加進各種各樣的金屬，使之具有超導性，已發現C60和某些鹼金屬化合得到的超導體其臨界溫度高於研究時以前研究過的各種超導體，也有構想將某些藥物置入C60球體空腔內，成為緩釋型的藥物，進入人體的各個部位。在單分子納米電子器件等方面有著廣泛的套用前景，富勒烯已經廣泛地影響到物理、化學、材料科學、生命及醫藥科學各領域。
（3）碳納米管
碳納米管可分單層及多層的碳納米管，它是由單層或多層同心軸石墨層捲曲而成的中空碳管，管直徑一般為幾個納米到幾十個納米，多層碳納米管是管壁的石墨層間距為0.34納米，與平面石墨層的間距一樣，不論是單層還是多層碳納米管，前後末端類似半圓形，結構基本上與碳六十相似，使整個碳管成為一個封閉結構，故納米碳管也是碳族的成員之一。碳納米管非常微小，5萬個並排起來才有人的一根頭髮絲寬，是長度和直徑之比很高的纖維。
碳納米管強度高具有韌性、重量輕、比表面積大，性能穩定，隨管壁曲卷結構不同而呈現出半導體或良導體的特異導電性，場發射性能優良。自1991年單層碳納米管的發現和巨觀量的合成成功以來，由於具有獨特的電子結構和物理化學性質，碳納米管在各個領域中的套用已引起了各國科學家的普遍關注，已成為富勒烯和納米科技領域的研究熱點。
利用碳納米管可以製成高強度碳纖維材料和複合材料，如其強度為鋼的100倍，重量則只有鋼的1/6，被科學家稱為未來的“超級纖維”；在航天事業中，利用碳納米管制造人造衛星的拖繩，不僅可以為衛星供電，還可以耐受很高的溫度而不會燒毀；用金屬灌滿碳納米管，然後把碳層腐蝕掉，還可以得到導電性能非常好的納米尺度的導線；利用碳納米管做為鋰離子電池的正極和負極材料可以延長電池壽命，改善電池的充放電性能；利用碳納米管制成極好的發光、發熱、發射電子的準點光源，製成平面顯示器等，使壁掛電視成為可能；在電子工業上、用碳納米管生產的電晶體，體積只有半導體的1/10，用碳基分子電子裝置取代電腦晶片，將引發計算機的新的革命；碳納米管可以在較低的氣壓下存儲大量的氫元素，利用這種方法製成的燃料不但安全性能高，而且是一種清潔能源，在汽車工業將會有廣闊的發展前景；碳納米管還可作為催化劑載體和膜材料。
氧
氧的同素異形體有氧氣，臭氧，過臭氧。
（1）氧氣
氧氣是空氣的組分之一。
物理性質：
①色，味，態：無色無味氣體（標準狀況)。
②熔沸點：熔點-218℃（標準狀況）<-218℃淡藍色雪花狀的固體。
沸點-183℃（標準狀況）<-183℃藍紫色液體 >-183℃ 無色無嗅無味。
③密度：大於空氣，在標準狀況（0℃和大氣壓強101325帕）下密度為1.429克/升。
④水溶性：不易溶於水。
⑤貯存：天藍色鋼瓶。
化學性質：
一、氧氣跟金屬反應：
2Mg+O₂==2MgO，劇烈燃燒發出耀眼的強光，放出大量熱，生成白色固體。
3Fe+O₂==2Fe₃O₄，紅熱的鐵絲劇烈燃燒，火星四射，放出大量熱，生成黑色固體。
2Cu+O₂==2CuO，加熱後亮紅色的銅絲表面生成一層黑色物質。
二、氧氣跟非金屬反應：
C+O₂==CO₂，劇烈燃燒，發出白光，放出熱量，生成使石灰水變渾濁的氣體。
S+O₂==SO₂，發生明亮的藍紫色火焰，放出熱量，生成有刺激性氣味的氣體。
4P+5O₂==2P₂O₅，劇烈燃燒，發出明亮光輝，放出熱量，生成白煙。
三、氧氣跟一些有機物反應，如甲烷、乙炔、酒精、石蠟、甘醇等能在氧氣中燃燒生成水和二氧化碳。
CH₄+2O₂==CO₂+2H₂O
2C₂H₂+5O₂==4CO₂+2H₂O
（2）臭氧
理化性質
【中文名稱】臭氧
【英文名稱】Ozone
【結構或分子式】
O原子以sp2雜化軌道形成離域π鍵（三中心四電子體）。分子形狀為V形。極性分子
【相對分子量或原子量】48.00
【密度】氣體密度（ 0℃，g/L）2.144；液體密度（-150℃，g/cm ）1.473
【熔點（℃）】（固）-251.4
【沸點（℃）】（液）-112.4
【性狀】
氣態臭氧厚層帶藍色，有刺激性腥臭氣味，濃度高時與氯氣氣味相像；液態臭氧深藍色，固態臭氧紫黑色。
【用途】
用於水的消毒和空氣的臭氧化，在化學工業中用作強氧化劑。
【製備或來源】
主要的制臭氧技術有：電解法、核輻射法、紫外線、電漿及電暈放電法等幾種。套用比較廣泛的是臭氧發生器放電氧化空氣或純氧氣成臭氧，紫外線殺菌燈分解空氣中的氧氣形成臭氧。即套用高能量互動式電流作用空氣中的氧氣使氧氣分子電離而成臭氧。高錳酸鹽和強酸反應可以生成臭氧（O₃)。
分子式：O₃
特別注意：因為臭氧特殊的π鍵，故臭氧轉化為氧氣是一個氧化還原反應。
2O₃=放電=3O₂，轉移電子數為4/3mol。
大氣中臭氧層對地球生物的保護作用現已廣為人知——它吸收太陽釋放出來的絕大部分紫外線，使動植物免遭這種射線的危害。為了彌補日漸稀薄的臭氧層乃至臭氧層空洞，人們想盡一切辦法，比如推廣使用無氟製冷劑，以減少氟利昂等物質對臭氧的破壞。世界上還為此專門設立國際保護臭氧層日。由此給人的印象似乎是受到保護的臭氧應該越多越好，其實不是這樣，如果大氣中的臭氧，尤其是地面附近的大氣中的臭氧聚集過多，對人類來說臭氧濃度過高反而是個禍害。
臭氧是地球大氣中一種微量氣體，它是由於大氣中氧分子受太陽輻射分解成氧原子後，氧原子又與周圍的氧分子結合而形成的，含有3個氧原子。大氣中90%以上的臭氧存在於大氣層的上部或平流層，離地面有10～50千米，這才是需要人類保護的大氣臭氧層。還有少部分的臭氧分子徘徊在近地面，仍能對阻擋紫外線有一定作用。但是，研究發現地面附近大氣中的臭氧濃度有快速增高的趨勢，就令人感到不妙了。
這些臭氧是從哪裡來冒出來的呢？同鉛污染、硫化物等一樣，它也是源於人類活動，汽車、燃料、石化等是臭氧的重要污染源。在車水馬龍的街上行走，常常看到空氣略帶淺棕色，又有一股辛辣刺激的氣味，這就是通常所稱的光化學煙霧。臭氧就是光化學煙霧的主要成分，它不是直接被排放的，而是轉化而成的，比如汽車排放的氮氧化物，只要在陽光輻射及適合的氣象條件下就可以生成臭氧。隨著汽車和工業排放的增加，地面臭氧污染在歐洲、北美、日本以及中國的許多城市中成為普遍現象。根據專家當時所掌握的資料估計，到2005年，近地面大氣臭氧層將成為影響中國華北地區空氣品質的主要污染物。
研究表明，空氣中臭氧濃度在0.012ppm水平時——這也是許多城市中典型的水平，能導致人皮膚刺癢，眼睛、鼻咽、呼吸道受刺激，肺功能受影響，引起咳嗽、氣短和胸痛等症狀；空氣中臭氧水平提高到0.05ppm，入院就醫人數平均上升7%～10%。原因就在於，作為強氧化劑，臭氧幾乎能與任何生物組織反應。當臭氧被吸入呼吸道時，就會與呼吸道中的細胞、流體和組織很快反應，導致肺功能減弱和組織損傷。對那些患有氣喘病、肺氣腫和慢性支氣管炎的人來說，臭氧的危害更為明顯。
從臭氧的性質來看，它既可助人又會害人，它既是上天賜與人類的一把保護傘，有時又像是一劑猛烈的毒藥。對於臭氧的正面作用以及人類應該採取哪些措施保護臭氧層，人們已達成共識並做了許多工作。但是，對於臭氧層的負面作用，人們雖然已有認識，但除了進行大氣監測和空氣污染預報外，還沒有真正切實可行的方法加以解決。
臭氧消毒原理可以認為是一種氧化反應。
【1】臭氧對細菌滅活的機理：
臭氧對細菌的滅活反應總是進行的很迅速。與其它殺菌劑不同的是：臭氧能與細菌細胞壁脂類雙鍵反應，穿入菌體內部，作用於蛋白和脂多糖，改變細胞的通透性，從而導致細菌死亡。臭氧還作用於細胞內的核物質，如核酸中的嘌呤和嘧啶。
【2】臭氧對病毒的滅活機理：
臭氧對病毒的作用首先是病毒的衣體殼蛋白的四條多肽鏈，並使RNA受到損傷，特別是形成它的蛋白質。噬菌體被臭氧氧化後，電鏡觀察可見其表皮被破碎成許多碎片，從中釋放出許多核糖核酸，干擾其吸附到暫存體上。
臭氧殺菌的徹底性是不容懷疑的。
破壞臭氧層，危害我們每一個人。
紫外線從多方面影響著人類健康。人體會發生如曬斑、眼病、免疫系統變化、光變反應和皮膚病（包括皮膚癌）等。皮膚癌是一種頑固的疾病，紫外線的增長會使患這種病的危險性增大。紫外線光子有足夠的能量去破裂雙鍵。中短波紫外線會透人皮膚深處，使人的皮膚產生炎症，人體的遺傳物質DNA(脫氧核糖核酸）受到損害，使正常生長的細胞蛻變成癌細胞並繼續生長成整塊的皮膚癌。也有說太陽光滲透進皮膚的表層。紫外線輻射轟擊著皮膚細胞核內的DNA基本單位，使許多單位溶化成失去作用的碎片。這些毛病的修復過程可能會出現不正常，從而導致癌變。流行病學已證實廠非黑瘤皮膚癌的發病率與日曬緊密相關。各種類型皮膚的人都有患非黑瘤皮膚癌的可能，但在淺色皮膚人群中發病率較高。動物實驗發現，紫外線中，紫外線B波長區是致癌作用最強的波長區域。
（3）
四聚氧的分子式是O₄，1924年，吉爾伯特·牛頓·路易斯首先預測了它的存在。1999年，科學家認為固態氧的ε相（壓強大於10GPa下存在）中氧的存在形式為O₄。然而2006年時，X射線晶體學表明這種被稱作ε氧或紅氧的穩定相實際上是O8。
磷
磷的同素異形體有多種，常見的有白磷、紅磷。
（1）紅磷
理化常數：
國標編號：41001
CAS號：7723-14-0
英文名稱：Phosphorus red
別 名：赤磷
分子式：P
外觀與性狀：紫紅色無定形粉末，無臭，具有金屬光澤，暗處不發光。
分子量：123.90
蒸汽壓：4357kPa(590℃）
熔 點：590℃（4357kPa)
溶解性：不溶於水、二硫化碳，微溶於無水乙醇，溶於鹼液。
密 度：相對密度（水=1)2.20；相對密度（空氣=1)4.77。
穩定性：穩定
危險標記：8(易燃固體）
主要用途：用於製造火柴、農藥，及用於有機合成。
對環境的影響:
該物質對環境有害。
一、健康危害、侵入途徑：吸入、食入、經皮吸收。健康危害：經常吸入此種粉塵，可引起慢性磷中毒。可致皮炎。
二、毒理學資料及環境行為 毒性：屬低毒類。危險特性：遇明火、高熱、摩擦、撞擊有引起燃燒的危險。與氧化劑混合能形成有爆炸性的混合物。燃燒時放出有毒的刺激性煙霧。化學反應活性較高，與氟、氯等能發生劇烈的化學反應。燃燒（分解）產物：氧化磷、磷烷。
現場應急監測方法:
直接進水樣氣相色譜法。
實驗室監測方法：
氣相色譜法（《作業環境空氣中有毒物質檢測方法》，陳安之主編）。
應急處理處置方法:
一、泄漏應急處理 隔離泄漏污染區，周圍設警告標誌，切斷火源。建議應急處理人員戴好防毒面具，穿相應的工作服。用水潤濕，使用無火花工具收集於乾燥淨潔有蓋的容器中，倒至空曠的地方，乾燥後即自行燃燒。如果大量泄漏，與有關技術部門聯繫，確定清除方法。
二、防護措施 呼吸系統防護：佩帶防塵口罩。眼睛防護：必要時戴安全防護眼鏡。身體防護：穿工作服。手防護：戴防護手套。其它：工作現場嚴禁吸菸。工作後，淋浴更衣。注意個人清潔衛生。
三、急救措施 皮膚接觸：脫去污染的衣著，立即用清水徹底沖洗。就醫。眼睛接觸：立即提起眼瞼，用流動清水或生理鹽水沖洗至少15分鐘。吸入：迅速脫離現場至空氣新鮮處。必要時進行人工呼吸。就醫。食入：誤服者給充分漱口、飲水，就醫。滅火方法：乾粉、砂土。
（2）白磷
白磷是磷的一種同素異形體，分子是由四個磷原子構成的正四面體， 鍵角60°，有6molP－P鍵，化學式為P₄。為白色蠟狀固體，遇光會逐漸變為淡黃色晶體（所以又稱為黃磷），有大蒜的氣味，有毒。著火點很低，能自燃，在空氣中發光。用於製造磷酸、燃燒彈和煙霧彈。白磷的危險性 白磷是一種易自燃的物質，其燃點為40 ℃，但因摩擦或緩慢氧化而產生的熱量有可能使局部溫度達到40 ℃而燃燒。因此，不能說氣溫在40 ℃以下白磷不會自燃。
白磷是一種有強毒的物質。人的中毒劑量為15mg，致死量為50mg。誤服白磷後很快產生嚴重的胃腸道刺激腐蝕症狀。大量攝入可因全身出血、嘔血、便血和循環系統衰竭而死。若病人暫時得以存活，亦可由於肝、腎、心血管的功能不全而慢慢死去。皮膚被磷灼傷面積達7%以上時，可引起嚴重的急性溶血性貧血，以至死於急性腎功能衰竭。常期吸入磷蒸氣，可導致氣管炎、肺炎及嚴重的骨骼損害。
白磷的貯存：
由於白磷非常危險，因此不能將白磷露置於空氣中。根據白磷不溶於水，且比水的密度大，可以將少量的白磷放入盛有冷水的廣口試劑瓶中，並經常注意保持足夠的水量。通過水的復蓋，既可以隔絕空氣，又能防止白磷蒸氣的逸出，同時還能保持白磷處於燃點之下。不常用的白磷可以貯存於封口的試劑瓶中，並埋入沙地里。
白磷的取用：
由於白磷的燃點低，人的手溫就容易使它燃燒，所以取用白磷時必須用鑷子去取，絕對不能用手指去接觸，否則手就會被灼燒，造成疼痛難愈的灼傷。如果遇到大塊白磷需要切割成小塊時，必須把它放在盛有水的水槽中，用小刀在水面下切割，絕不能暴露在空氣中進行，否則切割時摩擦產生的熱也容易使白磷燃燒。
白磷的用途：
白磷雖然危險，但也有很多用途。
在工業上用白磷製備高純度的磷酸。利用白磷易燃產生煙（P₂O₅)和霧（P₂O₅與水蒸氣形成H₃PO₄)，在軍事上常用來制煙幕彈。還可用白磷製造紅磷、三硫化四磷、有機磷酸酯、燃燒彈、殺鼠劑等。
白磷又叫黃磷，為白色至黃色蠟性固體，熔點44.1°C，沸點280°C，密度1.82克/厘米³。白磷活性很高，必須儲存在水裡，人吸入0.1克白磷就會中毒死亡。白磷在沒有空氣的條件下，加熱到250°C或在光照下就會轉變成紅磷。紅磷無毒，加熱到400°C以上才著火。
在高壓下，白磷可轉變為黑磷，它具有層狀網路結構，能導電，是磷的同素異形體中最穩定的。如果氧氣不足，在潮濕情況下，白磷氧化很慢，並伴隨有磷光現象。白磷可溶於熱的濃鹼溶液，生成磷化氫和次磷酸二氫鹽；乾燥的氯氣與過量的磷反應生成三氯化磷，過量的氯氣與磷反應生成五氯化磷。磷在充足的空氣中燃燒可生成五氧化二磷，如果空氣不足則生成三氧化二磷。
接觸白磷的物品的處理 由於白磷的毒性大且易自燃，接觸過白磷的實驗用品必須進行適當的處理。所用的刀子和鑷子要在通風廚中用酒精燈灼燒。擦過上述工具或用於吸乾白磷的紙片不能丟在廢紙簍里。也要在通風廚中燒掉。實驗中用過的水槽要衝洗數遍。人接觸白磷後的急救方法人的手接觸到白磷後，要立即用水沖洗，然後用2%的CuSO₄溶液（或2%的AgNO₃溶液）輕抹，再用3%～5%的NaHCO₃溶液濕敷。禁止用油脂性的燒傷藥膏。如果誤服白磷而中毒時，要儘快用CuSO₄溶液洗胃，發生的反應為：2P+5CuSO₄+8H₂O=5Cu+2H₃PO₄+5H₂SO₄ 11P+15CuSO₄+24H₂O=5Cu₃P↓+6H₃PO₄+15H₂SO₄ 通過上述反應將劇毒的白磷轉化為無毒的H₃PO₄或不溶於酸的Cu₃P沉澱。
同位素
同素異形體是指同種元素的不同單質，它們是單質，換句話說它是物質。比如石墨和金剛石，它們是物質，而且是同一種元素，但是結構不同，所以它們是同素異形體。
而同位素是中子數不同但質子數相同的同種元素的不同原子，它只是原子，比如，沒有中子的₁H和有一個中子的₂H或者₂C1和₄C1，它們只是原子而已，它們不是單獨的物質所以它們是同位素。
H₂和H₃：H₃是3個氫原子，H2是兩個氫原子，它們是不同的物質，它們是同素異形體。
異構現象
同分異構現象是指化合物具有相同的分子式，但具有不同結構的現象。
常見的異構類型
1.碳鏈異構 由於分子中碳鏈形狀不同而產生的異構現象.如正丁烷和異丁烷。
2.位置異構 由於取代基或官能團在碳鏈上或碳環上的位置不同而產生的異構現象。
如： 1-丁炔 與 2-丁炔
1-丙醇與 2-丙醇
3.官能團異構分子中由於官能團不同而產生的異構現象。
如：單烯烴與環烷烴，醇與醚，醛與酮，炔烴與二烯烴，酯和羧酸，酚和芳香醇。
4.立體異構：結構相似，但由於微小偏差導致結構不同。
（1）順反異構：立體異構的一種，由於雙鍵不能自由鏇轉引起的，一般指烯烴的雙鍵或多取代環烴的取代基位於環的不同側造成的同分異構。
（2）光學異構：構造相同的分子，如使其一平面偏振光向右偏轉，另一側向左。則兩種互為光學異構體。
（3）手性異構：手性異構就是光學異構。手性異構的兩分子像人的左右手一樣鏡像對稱。
5.構象異構：同一種化合物的構象，可通過單鍵鏇轉由一種變為另一種，則這兩種互為構象異構體。
注意，同分異構體是存在於化合物的概念，而同素異形體的適用對象是單質。
