Ejemplos de Formas Alotrópicas
Las formas alotrópicas o alótropos son las presentaciones físicas que puede tener un mismo elemento químico. Según las condiciones en las que se encuentra, los átomos se organizan de una manera diferente cada vez. Por ejemplo, el carbono a muy altas presiones se manifiesta como diamante. Sigue siendo carbono, pero sus átomos forman una estructura ordenada y compacta.
Formas alotrópicas del carbono
Los átomos de carbono (C), al tener 4 electrones en su última capa, forman enlaces covalentes entre ellos y se vuelven muy versátiles para formar estructuras. Según las condiciones naturales en las que se encuentren, van a crear variadas formas alotrópicas:
- Diamante
- Grafito
- Grafeno
- Fullerenos
- Nanotubos de carbono
- Carbón mineral
El diamante es una red de carbonos unidos por enlaces covalentes, que forman tetraedros que se repiten en el espacio, constituyendo una red covalente. Los enlaces C-C son tan fuertes que le confieren una de las durezas más elevadas y altísimos puntos de fusión y ebullición.
En el grafito, los carbonos se unen entre sí mediante tres enlaces covalentes formando hexágonos, que a su vez se distribuyen en capas que se mantienen débilmente unidas gracias a electrones que se sitúan entre ellas. Estos electrones se pueden mover con facilidad, lo que le confiere al grafito la propiedad de conductor eléctrico.
La unión entre las láminas del grafito es muy débil, por lo que son muy fáciles de separar. Los lápices con los que escribimos tienen grafito en su mina (barra muy delgada que permite dejar el trazo, y que va cubierta por madera). En este caso, las láminas de carbono se desprenden de la mina y quedan impresas en el papel.
El grafeno es una red perfectamente regular de átomos de carbono con sólo dos dimensiones, largo y ancho (tan delgada que no tiene profundidad). La unidad básica que se repite consiste en seis átomos de carbono con enlace covalente formando un patrón hexagonal. El grafeno es prácticamente transparente y un buen conductor de la electricidad.
El grafeno es, por tanto, adecuado para la construcción de pantallas táctiles transparentes, paneles luminosos y celdas solares. También algunos plásticos pueden convertirse en materiales conductores mezclados con 1% de grafeno.
Los fullerenos son moléculas compuestas por átomos de carbono unidos por enlace covalente. El más representativo es el C60, que toma una forma de balón de fútbol soccer. Tiene anillos hexagonales y pentagonales de átomos de carbono. Se conocen fullerenos de hasta 1000 átomos.
Los fullerenos, dopados con átomos de metales alcalinos, se convierten en semiconductores e incluso en superconductores a bajas temperaturas.
Los nanotubos de carbono están formados con láminas de grafeno arrolladas conformando estructuras tubulares. Los nanotubos tienen un espesor 10,000 veces inferior al cabello humano (del orden de 1*10-9 metros) y presentan una enorme resistencia, una asombrosa elasticidad y propiedades eléctricas sorprendentes.
El carbón mineral es carbono que se encuentra en minas, y se da por procesos naturales del planeta. Es diferente al carbón vegetal o el carbón animal, que provienen de la materia orgánica muerta que se va descomponiendo entre los estratos de la corteza terrestre y al utilizarse siguen formados por materia orgánica.
Formas alotrópicas del fósforo
El fósforo (P) es un elemento que se localiza en el grupo VA, debajo del nitrógeno (N). Puede presentarse en varias formas alotrópicas, que se diferencian generalmente por su color: rojo, blanco o amarillo.
- Fósforo blanco
- Fósforo negro
- Fósforo rojo
El fósforo blanco es un sólido con punto de fusión a los 44.15°C y punto de ebullición a los 280.5°C. Está formado por moléculas P4, es decir, de arreglos tetraédricos de cuatro átomos de fósforo. Todos los enlaces de este arreglo son covalentes, y la energía entre ellos es muy pequeña. Al ser muy inestables, la molécula P4 es altamente reactiva. Es insoluble en agua.
El fósforo blanco arde de manera vigorosa en el aire, en la siguiente reacción, que emite un fulgor fosforescente.
4 P + 5 O2 --> P4O10
El fósforo negro proviene del fósforo blanco cuando recién se estabiliza a 200°C. Está formada por láminas de P4; cada lámina tiene dos capas de P4. Las láminas están débilmente unidas, por lo que es fácil darles una exfoliación. Tiene una textura hojosa parecida a la del grafito. Puede darse en forma romboédrica o en forma monoclínica.
El fósforo rojo proviene también del fósforo blanco, sometido a la acción de la radiación ultravioleta o al calor en una atmósfera inerte. Es un polímero de P4 con enlaces covalentes menos tensionados que en el fósforo blanco. Tiene un punto de fusión más alto que el fósforo blanco y es insoluble en agua. Sus propiedades son intermedias entre las del blanco y las del fósforo negro.
Formas alotrópicas del azufre
El azufre sólido presenta varias formas alotrópicas, que se diferencian entre sí por la simetría de sus cristales. Las principales son:
- Azufre rómbico
- Azufre monoclínico
El azufre rómbico es estable a la temperatura ambiente. En él, los átomos de azufre se unen con enlaces covalentes formando un anillo de ocho átomos S8. Encima de los 95.5°C, la forma estable es el azufre monoclínico, cuya estructura es desconocida, pero es probable que también esté compuesto de moléculas de S8.
Hay otra forma alotrópica del azufre en estado líquido. El azufre líquido a 119°C es un líquido móvil de color amarillo. Si se calienta, se va espesando gradualmente, alcanzando una máxima viscosidad entre los 165°C y los 200°C. Si se continúa calentando, el líquido se vuelve ahora más fluido, hasta alcanzar su punto de ebullición a los 444.6°C.
Otra forma alotrópica del azufre ya se encuentra en condiciones extremas: el azufre en vapor. También se encuentra en anillos de S8, y a medida que aumenta la temperatura las moléculas de S8 se van separando en moléculas de S6, S4, S2 y átomos de S. Por encima de los 2000°C, casi todo el vapor de azufre está en forma de átomos S.
Ejemplos de formas alotrópicas
- Grafito
- Diamante
- Nanotubos de carbono
- Grafeno
- Fullerenos
- Carbón mineral
- Fósforo blanco
- Fósforo rojo
- Azufre monoclínico
- Azufre rómbico
- Azufre liquido amarillo
- Azufre en vapor
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