Ce este un alotrop? Definiție și exemple

Un alotrop este fiecare dintre diferitele forme stabile în care putem găsi sau pregăti un element pur . Adică, alotropii sunt diferitele forme în care apar substanțele elementare, fie natural, fie sintetic. Un exemplu comun de alotrop este grafitul, care este una dintre formele în care poate fi obținut elementul carbon.

Un alt alotrop important al carbonului este diamantul, o formă cristalină extrem de dura, transparentă a elementului care formează baza vieții. Cu excepția elementelor sintetice (sintetizate artificial), fiecare element din tabelul periodic are cel puțin un alotrop, deși de obicei are mai multe. În timp ce unii dintre acești alotropi pot fi fără valoare, alții pot fi extrem de valoroși, așa cum este ilustrat de diferența dintre carbonul grafit și carbonul diamant.

Caracteristicile și proprietățile alotropilor

proprietăți fizice

Exemplul carbonului ilustrează un aspect foarte important al alotropilor, și anume că aceștia pot avea caracteristici și proprietăți fizice și chimice radical opuse.

Grafitul de carbon, de exemplu, este un material conductiv electric, este foarte moale, are o structură sub formă de straturi sau foi de atomi de carbon cu hibridizare sp 2 legate între ele prin intermediul unor legături simple și duble care sunt schimbate ^constant prin rezonanţă.

În schimb, diamantul este cel mai dur material despre care știm. Este format dintr-o rețea cristalină tridimensională în care fiecare atom de carbon este legat simultan de alți patru atomi prin intermediul unor legături covalente simple. Această caracteristică face din diamant unul dintre cei mai buni izolatori electrici cunoscuți (spre deosebire de grafit, care este un conductor).

Proprietăți chimice

Alotropii au adesea proprietăți chimice semnificativ diferite. De exemplu, fosforul poate fi găsit sub formă de diverși alotropi, printre care fosforul alb, roșu și negru sunt cel mai frecvent. Fosforul alb și roșu au atomi de fosfor similari cu geometrie tetraedrică. Cu toate acestea, fosforul alb este extrem de toxic și foarte inflamabil, aprinzându-se spontan doar prin intrarea în contact cu oxigenul din aer. Acest lucru îl face util ca o siguranță în anumite explozibili, cum ar fi grenadele de mână.

În schimb, fosforul roșu este mult mai stabil. Poate intra în contact cu aerul fără a provoca incendiu. Pe de altă parte, fosforul negru se formează doar în condiții de presiune ridicată și o temperatură mai mare de 200 °C, dar odată format poate fi răcit și este chiar mai stabil decât fosforul roșu.

stare fizică

Exemplele de alotropi ai fosforului menționate în secțiunea anterioară sunt toate solide la temperatura camerei. Totuși, alotropii pot exista și în alte stări de agregare. De exemplu, pe lângă cei trei izotopi solizi menționați (și cel puțin la fel de mulți alții), fosforul poate exista și ca alotrop gazos cu formula P4, formând _o structură tetraedrică cu câte un fosfor la fiecare vârf.

structură cristalină

În cele din urmă, alotropii pot fi diferențiați unul de celălalt pe baza structurii lor cristaline. Am văzut deja cum carbonul poate forma două tipuri foarte diferite de structuri tridimensionale care dau naștere la proprietăți semnificativ diferite. În plus, este posibil ca unii alotropi să nu aibă o structură cristalină bine definită, caz în care se spune că sunt alotropi amorfi.

Din punct de vedere macroscopic, alotropii amorfi sunt ușor de recunoscut deoarece nu se observă pe suprafața lor niciun tip de fațetă sau structură definită care să sugereze o structură internă foarte ordonată.

Microscopic, totuși, solidele amorfe sunt adesea pur și simplu un amestec de un număr mare de solide cristaline mici de dimensiuni diferite și chiar structuri cristaline locale diferite.

Importanța alotropilor

Alotropia unui element poate deveni extrem de importantă din multe puncte de vedere. Faptul că unii alotropi sunt mai stabili decât alții le face preferabile pentru transportul și manipularea elementului respectiv. Pe de altă parte, unii alotropi au proprietăți dezirabile pe care alți alotropi nu le au.

Un exemplu din cele de mai sus este duritatea diamantului, conductivitatea grafitului și combinația de duritate și conductivitate a unui alt alotrop foarte important al carbonului, cel care alcătuiește nanotuburile de carbon.

Pe de altă parte, transformarea unui alotrop în altul poate fi esențială pentru multe aplicații industriale ale diferitelor elemente. De exemplu, siliciul este unul dintre cele mai importante elemente din industria electronică. Este semiconductorul care formează baza tuturor microcipurilor și procesoarelor care alimentează toate dispozitivele noastre electronice. Cu toate acestea, siliciul poate fi găsit în două forme alotrope: siliciu amorf și siliciu cristalin.

Siliciul amorf este folosit ca semiconductor la fabricarea panourilor solare low-cost, în timp ce pentru fabricarea microcipurilor se poate folosi doar siliciu monocristalin, adică este nevoie de un monocristal gigant de siliciu în care toți atomii sunt perfect ordonați în pentru a crea modelele care fac parte din circuitele fiecărui microcip.

Exemple de alotropi comune

Alotropi naturali ai carbonului:

grafit de carbon

carbon diamant

grafen

nanotuburi de carbon cu un singur perete

nanotuburi de carbon cu pereți dubli

nanotuburi de carbon cu pereți multipli

Fulerene, cum ar fi Buckminsterfulerene sau C ₆₀

Alotropii naturali ai oxigenului:

Oxigen atomic (O)

Oxigen gazos sau molecular (O ₂ )

Ozon ( _O3 )

Tetraoxigen (O ₄ )

oxigen solid O ₈

Alotropi naturali ai azotului:

Azot molecular gazos (N ₂ )

azot solid cubic

azot solid hexagonal

Alotropi naturali ai borului:

Bor amorf (pulbere maro)

bor α-romboedric

bor β-romboedric

sare gemă boro-γ

Borofeni (structuri similare cu grafenul, dar din bor în loc de carbon)

Referințe

Bolívar, G. (2019, 10 iulie). Bor: istorie, proprietăți, structură, utilizări . pe viaţă. https://www.lifeder.com/boro/

Chang, R. și Goldsby, K. (2013). Chimie (ed. a 11-a). McGraw-Hill Interamericana de España SL

Educaplus.org. (n.d.). Proprietățile elementului . http://www.educaplus.org/elementos-quimicos/propiedades/alotropos.html

Flori, G. (2021, 11 iunie). Care sunt formele alotrope ale azotului? The-Answer.com. https://la-respuesta.com/preguntas-comunes/cuales-son-las-formas-alotropicas-del-nitrogeno/