Alotropia: o que é, exemplos e aplicações
A alotropia é um fenômeno que ocorre com certos elementos químicos que podem formar mais de uma substância simples. Descubra quais elementos são esses e as aplicações de seus alótropos
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A alotropia é um fenômeno que ocorre com certos elementos químicos que podem formar mais de uma substância simples.
Essas substâncias têm propriedades físicas e químicas diferentes entre si, apesar de terem um único elemento químico em sua composição.
Por exemplo, o elemento químico oxigênio pode existir no planeta Terra na forma das substâncias O2 (gás oxigênio) ou O3 (ozônio), e esses são seus dois alótropos.
Dessa forma, a alotropia pode ocorrer pelo número de átomos na molécula (por atomicidade) ou pela organização especial diferente dos átomos (por estrutura). Por atomicidade um exemplo é O2 e O3, e por estrutura, os enxofres rômbico e moniclínico, ambos de fórmula S8.
Muitos elementos químicos são capazes de formar alótropos, mas os mais importantes são os ametais das famílias 14, 15 e 16 da tabela periódica: carbono, oxigênio, fósforo e enxofre.
A alotropia existe porque cada substância é formada em condições reacionais diferentes, e algumas podem levar milhões de anos para se converterem à forma mais estável.
NAVEGUE PELOS CONTEÚDOS
Alótropos de Carbono
O carbono é o campeão da alotropia! Inegavelmente, os alótropos mais famosos são carbono grafite e carbono diamante.
Primordialmente, ambos são substâncias simples formadas somente por átomos de carbono. Mas a geometria espacial de cada carbono é diferente, o que resulta em propriedades muito diferentes, como opacidade, dureza, e condução térmica e elétrica.
Carbono diamante: forma-se em condições de alta pressão e temperatura, no centro da Terra. Assim, não é a forma mais estável do carbono, e tende a se tornar grafite ao longo de bilhões de anos. Veja algumas características:
- Mau condutor de eletricidade;
- Carbonos sp³: geometria tetraédrica;
- Condução térmica razoável;
- Longa rede sólida e estável;
- Alta dureza e resistência a impactos. Portanto, é utilizado em serras e prensas para materiais de alta dureza.
Carbono grafite: é a forma mais comum e mais estável do carbono. Algumas características:
- Carbono sp²: geometria trigonal plana;
- São bons condutores de eletricidade, pois fazem ressonância;
- São lubrificantes, porque as "folhas" de carbono deslizam sobre as outras;
- Por este motivo, também é extremamente frágil.
Além disso, recentemente estudos de materiais e nanotecnologia desenvolveram outras formas alotrópicas de carbono com aplicações tecnológicas, como o grafeno, um material de carbonos sp2 que pode ter a espessura de um único átomo!
Alótropos de Enxofre
O Enxofre (S) é outro elemento químico que possui vários alótropos, perdendo apenas para o carbono. Os dois alótropos mais importantes são o enxofre rômbico e o monoclínico, ambos com fórmula S8.
Dessa forma, a organização espacial diferente dos átomos de enxofre diferencia as duas substâncias. O enxofre rômbico é um sólido amarelo irregular, o enxofre monoclínico forma cristais como agulhas.
Alotropia do Fósforo
O Fósforo (P) é outro elemento que possui alótropos. Nesse caso, são dois principais: o fósforo branco (P4) e o fósforo vermelho, que é um polímero cujo monômero é o P4.
Ou seja, enquanto o fósforo branco consiste em várias moléculas de P4, a variante vermelha consiste em vários P4 ligados uns aos outros por ligações químicas covalentes.
O fósforo branco é extrementente inflamável, inclusive, deve ser armazenado sem qualquer contato com oxigênio, porque tem alto risco de explosão. Por isso, era utilizado para confecção de explosivos.
O fósforo vermelho, por sua vez, é mais seguro e muito pouco inflamável nas condições normais, por isso é utilizado nas caixas de fósforo, onde é aplicado na lateral das caixinhas. A cabeça do palito, por sua vez, é composta por clorato de potássio (KClO3). Com a fricção do palito com a fósforo da caixa, o fósforo vermelho reage com o clorato de potássio e a combustão inicia.
Nas condições ambiente, a forma mais estável do fósforo é o fósforo negro, por ser muito pouco reativo. Porém, o elemento fósforo não encontra-se na sua forma pura na natureza.
Alotropia do Oxigênio
O oxigênio tem dois alótropos principais, o gás oxigênio (O2) e o ozônio (O3). O O2 é de longe o alótropo mais estável; O3 praticamente não existe nas condições naturais na zona habitável do planeta Terra. Pequenas quantidades de O3 podem formar-se pela poluição química na atmosfera.
Naturalmente, o ozônio forma-se na estratosfera (cerca de 25 km de altitude), a partir de moléculas de O2. A radiação ultravioleta do Sol quebra a molécula de O2, formando radicais livres (átomos neutros com elétrons desemparelhados). Esses radicais são extremamente reativos, e reagem com outras moléculas de O2 para formar O3.
Esse processo é extremamente importante, pois a absorção do UV pelas moléculas de oxigênio para formação do ozônio protege a superfície da Terra dessa radiação nociva. A degradação da camada de ozônio é nociva porque algumas moléculas impedem que a conversão O2 → O3 aconteça, permitindo a passagem de radiação ultravioleta que deixa de ser absorvida.
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