Alotropía
(del griego: allos, otro, y tropos, manera) en química es la propiedad que poseen determinados elementos químicos de presentarse bajo estructuras quimicas diferentes, como el oxígeno, que puede presentarse como oxígeno atmosférico (O2) y como ozono (O3), o con características físicas distintas, como el fósforo, que se presenta como fósforo rojo (Pn) y fósforo blanco (P4), o el carbono, que lo hace como grafito, diamante y fullereno. Para que a un elemento se le pueda denominar como alótropo, sus diferentes estructuras moleculares deben presentarse en el mismo estado físico.
Las propiedades alotrópicas se presentan en elementos que tienen una misma composición, pero aspectos diferentes; por lo tanto, la propiedad debe observarse en el mismo estado de agregación de la materia y es característico del estado sólido.
La explicación de las diferencias que presentan en sus propiedades se ha encontrado en la disposición de los átomos en el espacio. Por ejemplo, en los cristales de diamante, cada átomo de carbono está unido a cuatro átomos de carbono vecinos, adoptando una ordenación en forma de tetraedro que le confiere una particular dureza. La hibridación del carbono en el diamante es sp3
En el grafito, los átomos de carbono están dispuestos en capas superpuestas y en cada capa ocupan los vértices de hexágonos regulares imaginarios. De este modo, cada átomo está unido a tres de la misma capa con más intensidad y a uno de la capa próxima en forma más débil, en este caso, la hibridación del carbono es sp2. Esto explica porqué el grafito es blando y untuoso al tacto. La mina de grafito de un lápiz forma el trazo porque, al desplazarse sobre el papel, se adhiere a éste una pequeña capa de grafito.
El diamante y el grafito, por ser dos sustancias simples diferentes, sólidas, constituidas por átomos de carbono reciben la denominación de variedades alotrópicas del elemento carbono.
Una tercera variedad alotrópica del carbono es el fullereno C60 o buckminsterfullereno (en honor al arquitecto Buckminster Fuller) que tiene una forma de balón de fútbol por lo que también se conoce como bucky ball.
Lista de alótropos
No-metales y metaloides:
Metales:
Entre los elementos metálicos de origen natural (hasta U, sin Tc y Pm), 28 están en condiciones de ambiente de presión alotrópicos: Li, Be, Na, Ca, Sr, Ti, Mn, Fe, Co, Sr, Y, Zr, Sn, La, Ce, Pr, Nd, (PM), Sam, D-os, Tb, Dy, Yb, Hf, Tl, Po, Th, Pa, U. Considerando sólo la tecnología pertinente metales, seis metales son alótropicos: Ti en 882˚C, Fe en 1394˚C y 912˚C, Co en 422˚C, Zr a 863˚C, Sn a 13˚C y en U 668 y 776˚C.
Ejemplo: El ejemplo por excelencia de alotropía es el caso del carbono, cuyas formas alotrópicas son diamante y grafito, dos ejemplos claros de la importancia de la estructura cristalina en las propiedades de los compuestos. Ambos son compuestos del carbono, pero difieren en el enlace y la posición de los átomos.
GRAFITO Y DIAMANTE
En la misma relación mutua en que se encuentran el azufre a y el azufre 13, se hallan el grafito y el diamante. En efecto, tanto el uno como el otro están formados por carbono puro y difieren en cuanto a la forma de sus cristales y a algunas de sus propiedades físicas: color, dureza, etc.
N o es necesario insistir sobre las propiedades del diamante, pues el lector habrá visto o usará algún "brillante" legítimo en un anillo u otra joya. El uso del diamante como piedra preciosa se debe a su gran dureza y a sus propiedades ópticas. La demostración de que el diamante es una forma de carbono se hace quemando pequeños diamantes de poco valor.
En cuanto al grafito, sus propiedades son aproximadamente las de las minas de los lápices "blandos". En efecto, las minas de los lápices se hacen actualmente con grafito mezclado con otras sustancias. El grafito es de color gris oscuro; deja un trazo sobre el papel, de donde su otro nombre de "plombagina", pues el plomo participa de esa propiedad, y de ahí también su uso en los lápices. Existen yacimientos náturales de grafito. En cualquiera de sus formas el carbono es insoluble en todos los solventes comunes. El hierro líquido lo disuelve, y de ahí puede obtenerse cristalizado, en forma de pequeños diamantes que suelen usarse para cortar vidrio. Este método de preparar diamantes artificiales se debe al químico francés Henri Moissan (1852-1907).
Existen en el comercio y tienen aplicaciones en la vida diaria y en la actividad industrial numerosos "carbones" y "negros" obtenidos casi todos ellos por combustión incompleta -es decir, con cantidad insuficiente de oxígeno- de diversos productos naturales. El coque se obtiene por destilación de la hulla. Es el residuo no volátil del carbón de piedra y se usa como combustible, en metalurgia, etc.
Todos estos carbones están formados por grafito más o menos finamente dividido e impurezas, a veces en grandes proporciones, que caracterizan a cada clase de "carbón" y lo hacen utilizable para su finalidad específica.
En cuanto a los llamados carbones fósiles, tenemos la antracita, la hulla, el lignito y la turba, por orden decreciente de calidad como combustible. La destilación de la hulla, de la que diremos algo más adelante, es de gran interés industrial. En los carbones fósiles el carbono existente es también el grafito. De todas las formas del carbono que se encuentran en la naturaleza o en el comercio, la más pura es el diamante.
CUESTIONARIO
1. ¿Qué entiende por alotropía?
2. ¿Cuáles son las formas alotrópicas del carbono?
3. Indique las propiedades del grafito.
4. Indique las características del diamante.
5. ¿Cuáles son las formas alotrópicas menionados en la lectura?. Aque elementos pertenece.
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