Il allotropia in chimica è la caratteristica che hanno certi elementi chimici di presentarsi in più forme differenti ma nello stesso stato di aggregazione della materia. La struttura degli elementi può variare a seconda della loro disposizione molecolare e delle condizioni in cui si formano, come pressione e temperatura..
Solo quando si parla di elementi chimici viene usata la parola allotropia, che designa ciascuno dei modi in cui un elemento può essere trovato nella stessa fase di un allotropo; che per i composti che presentano strutture cristalline differenti non si applica; in questo caso si chiama polimorfismo.
Sono noti altri casi, come quello dell'ossigeno, in cui l'allotropia può verificarsi come variazione del numero di atomi della sostanza. In questo senso, c'è una nozione di due allotropi di questo elemento, che sono meglio conosciuti come ossigeno (ODue) e ozono (O3).
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Come accennato in precedenza, gli allotropi sono i diversi modi in cui lo stesso elemento può essere trovato, quindi questa variazione nella sua struttura fa sì che queste specie appaiano con caratteristiche fisiche e chimiche diverse..
Allo stesso modo, la trasformazione allotropica tra un elemento e l'altro avviene per il modo in cui gli atomi sono disposti all'interno delle molecole; ovvero il modo in cui ha origine il collegamento.
Questo cambiamento tra un allotropo e l'altro può verificarsi per diversi motivi, come i cambiamenti nelle condizioni di pressione, temperatura e persino l'incidenza della radiazione elettromagnetica come la luce..
Quando la struttura di una specie chimica viene alterata, può anche cambiare il suo comportamento, modificando proprietà come la sua conducibilità elettrica, durezza (nel caso di sostanze solide), punto di fusione o di ebollizione e anche qualità fisiche come il suo colore..
Inoltre, l'allotropia può essere di due tipi:
- Monotropico, quando una delle strutture degli elementi ha una stabilità maggiore delle altre in tutte le condizioni.
- Enantropico, quando le diverse strutture sono stabili in condizioni diverse ma possono trasformarsi l'una nell'altra in modo reversibile a determinate pressioni e temperature.
Sebbene ci siano più di cento elementi noti nella tavola periodica, non tutti hanno forme allotropiche. Di seguito sono presentati gli allotropi più noti.
Questo elemento di grande abbondanza in natura rappresenta la base fondamentale della chimica organica. Di questo sono note diverse specie allotropiche, tra cui spiccano il diamante, la grafite e altre che verranno esposte di seguito..
Il diamante mostra una disposizione molecolare sotto forma di cristalli tetraedrici i cui atomi sono legati da singoli legami; questo significa che sono organizzati per ibridazione sp3.
La grafite è costituita da fogli di carbonio consecutivi, dove i suoi atomi sono legati in strutture esagonali da doppi legami; cioè con l'ibridazione spDue.
Oltre ai due importanti allotropi sopra citati, che sono i più noti del carbonio, ce ne sono altri come il carbyne (come è noto anche il carbonio acetilenico lineare, LAC), dove i suoi atomi sono disposti in modo lineare tramite tripli legami; cioè con l'ibridazione sp.
- Grafene, la cui struttura è molto simile alla grafite).
- Fullerene o buckminsterfullerene, noto anche come buckyball, la cui struttura è esagonale ma i suoi atomi sono disposti a forma di anello.
- Nanotubi di carbonio, di forma cilindrica.
- Carbonio amorfo, senza struttura cristallina.
Lo zolfo ha anche diversi allotropi considerati comuni, come i seguenti (va notato che tutti questi sono allo stato solido):
Come suggerisce il nome, la sua struttura cristallina è composta da rombi ottagonali ed è anche conosciuta come α sulfur..
Conosciuto come β zolfo, ha la forma di un prisma composto da otto atomi di zolfo.
Produce cristalli prismatici che sono stabili a determinate temperature, formando aghi privi di colore..
Chiamato anche zolfo, ha una struttura amorfa.
Ha caratteristiche di viscosità contrarie alla maggior parte degli elementi, poiché in questo allotropo cresce con l'aumentare della temperatura.
Questo elemento non metallico si trova comunemente in natura in combinazione con altri elementi e ha diverse sostanze allotropiche associate:
È un solido con una struttura cristallina tetraedrica e trova applicazioni in campo militare, anche essendo utilizzato come arma chimica..
Ha la più alta stabilità tra gli allotropi di questo elemento ed è molto simile al grafene.
Forma un solido amorfo con proprietà riducenti ma è privo di tossicità.
Come indica il nome, è composto da due atomi di fosforo ed è una forma gassosa di questo elemento.
È un solido con una struttura cristallina con una disposizione molecolare monoclina..
Anche solida struttura amorfa.
Nonostante sia uno degli elementi più comuni nell'atmosfera terrestre e uno degli elementi più abbondanti nell'universo, ha pochi allotropi conosciuti, tra cui spiccano il diossigeno e il trioossigeno..
Diossigeno è meglio conosciuto con il semplice nome di ossigeno, una sostanza gassosa essenziale per i processi biologici di questo pianeta..
Il trioxygen è meglio conosciuto semplicemente come ozono, un allotropo altamente reattivo la cui funzione più famosa è quella di proteggere l'atmosfera terrestre dalle sorgenti di radiazioni esterne..
Forma una fase solida di struttura trigonale con caratteristiche di metastabilità.
Esistono anche altre sei specie solide che l'ossigeno forma, con diverse strutture cristalline..
Allo stesso modo, ci sono elementi come selenio, boro, silicio, tra gli altri, che presentano diversi allotropi e che sono stati studiati con un grado di profondità minore o maggiore..
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