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Alotropia – Propriedades, Estabilidade e Polimorfismo
Publicado: quinta-feira, 26 de outubro de 2017
A alotropia é o fenômeno pelo qual um mesmo elemento químico pode originar substâncias simples diferentes, sendo essas substâncias chamadas de alótropos ou formas alotrópicas daquele elemento.
A alotropia é utilizada para diferenciar um elemento químico de uma substância simples.
Exemplos de alotropia
Oxigênio e ozônio
Nesse caso acima, vemos que as duas substâncias se diferem quanto à atomicidade (número de átomos na molécula).
Enxofre rômbico, enxofre monoclínico e enxofre amorfo.
Nesse caso acima, os alótropos se diferem de acordo com a grade cristalina (também chamada de estrutura cristalina). Os três têm moléculas S8.
Fósforo branco, fósforo vermelho, fósforo violeta e fósforo negro.
A diferença está na atomicidade. Os dois principais alótropos são o branco e o vermelho.
Molécula tetraédrica do fósforo branco (p4)
Molécula tetraédrica do fósforo vermelho (Pn)
Esses dois alótropos se diferem quanto à grade cristalina, pois no grafite ela tem estrutura hexagonal simples e no diamante ela é hexagonal reversa.
Já em relação ao tipo de ligação, no diamante, cada carbono se liga aos demais por 4 ligações covalentes. No grafite, cada carbono se liga aos demais por 3 ligações covalentes (linhas cheias) e uma ligação do tipo metálico, isto é, por elétrons livres (linha tracejada).
As 4 ligações covalentes do diamante e as 3 ligações covalentes mais a ligação metálica do grafite.
Isso explica porque o grafite apresenta condutibilidade elétrica e térmica dos metais (embora ela seja por um não metal), enquanto que o diamante é isolante.
Retículo cristalino do grafite
Retículo cristalino do diamante
As formas alotrópicas de um elemento apresentam diferentes propriedades físicas, porém mesmas propriedades químicas. As reações são as mesmas, variando as condições exigidas, por exemplo:
É curioso notar que se fizermos a combustão do grafite ou do diamante obteremos o mesmo e único produto: o gás carbônico.
A cada dois alótropos sempre existe uma forma estável (mais abundante na natureza) e uma instável (ou metaestável), sendo que a forma instável se transforma na forma estável em um tempo que varia de substância para substância, podendo o mesmo ser maior ou menor. Além disso, pode se "forçar" a transformação da forma estável na instável, fornecendo energia, pois a forma instável tem maior energia interna.
A forma instável é mais reativa que a forma estável (as mesmas reações ocorrem, mas com mais facilidade). O ozônio, por exemplo, é um oxidante bem mais poderoso que o oxigênio e, por isso, é usado como desinfetante.
O fósforo branco é tão reativo que precisa ser guardado em água, pois se exposto ao ar, ele vai queimando e emitindo uma luz tênue (uma luz fraca). O fósforo vermelho é quase inerte. Nas caixas dos chamados "fósforos de segurança", o fósforo vermelho, quando atrita com a lixa da caixa, transforma-se em fósforo branco, que queima o palito.
A forma mais estável do carbono tem grade cristalina mais simples e, como vimos, apresenta menor energia interna. Logo, podemos comprová-la na combustão:
Logo, para a mesma massa C: Q diamante > Qgrafite
O polimorfismo na química é o fenômeno pelo qual substâncias compostas diferentes apresentam a mesma composição química, ou seja, a mesma fórmula química, porém as mesmas podem apresentar propriedades físicas diferentes. O polimorfismo corresponde basicamente para os compostos a forma alotrópica para as substâncias simples.
Como por exemplo, temos o carbonato de cálcio (CaCO3), que se apresenta sob duas formas cristalinas, cada uma tomando vários nomes conforme o tamanho e a disposição dos cristais, a água de cristalização, etc.
Calcita (hexagonal): espato da Islândia, mármore, cascas dos ovos, ossos.
Aragonita (rômbico): corais, conchas de moluscos, etc.
A calcita e a aragonita se diferem também quanto às propriedades físicas, mas não se diferem quanto às propriedades químicas.