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Alótropos en Química: Definición, datos, tipos y ejemplos

Publicado el 16 marzo, 2023

¿Qué es un alótropo?

La idea de los alótropos fue propuesta por primera vez en 1841 por Jons Jakob Berzelius, un científico sueco. Surgían diferentes formas del mismo elemento dependiendo de la forma en que se unían los átomos. La definición de un alótropo es una o más formas de un elemento químico que pueden existir en el mismo estado físico. La forma en que los átomos se unen crea diferentes alótropos, cada uno con propiedades químicas y físicas únicas. Un elemento puede cambiar de alótropos debido a cambios de temperatura, presión o exposición a la luz. El alotropismo es la capacidad de un elemento para existir de esta manera, en múltiples formas.

Alotropismo vs Polimorfismo

El polimorfismo es la capacidad de la materia sólida para existir en dos o más formas o tipos de estructura cristalina. Si bien el polimorfismo y el alotropismo suenan como lo mismo, son diferentes.

La principal diferencia entre los dos es que el polimorfismo ocurre en compuestos químicos (dos o más elementos) mientras que el alotropismo ocurre en elementos químicos. El polimorfismo se debe a diferentes estructuras cristalinas dentro del compuesto que ocurren, en gran parte, debido a varias condiciones que pueden ocurrir durante el proceso de cristalización. Las moléculas en el compuesto tienen diferentes formas. Esto se puede encontrar en materia como polímeros, minerales y metales. El alotropismo se debe a cómo se unen los átomos del mismo elemento. Esto crea varias formas del mismo elemento con propiedades muy diferentes.

Tipos de alótropos

La mayoría de los elementos tienen alótropos. Si bien esto puede crear una gran variedad de tipos diferentes, los alótropos se dividen en dos categorías principales.

  • Monotrópico: con los alótropos monotrópicos, una forma de los alótropos de un elemento tiende a ser más estable en todo tipo de condiciones.
  • Enantiotrópico: en este tipo, las diferentes formas de los alótropos de un elemento son estables en diversas condiciones.

Ejemplos de alótropos

Los alótropos se presentan con mayor frecuencia como sólidos, pero también pueden existir como líquidos o gases. Hay varios tipos de elementos que tienen alótropos, incluidos metales, metaloides y no metales. Los alótropos de los no metales se reconocen más comúnmente porque tienden a variar de color, un cambio en la propiedad física que es fácil de ver. Las siguientes secciones dan ejemplos de cada una de estas categorías.

Alótropos no metálicos

Un elemento no metálico común que tiene alótropos es el carbono, que es monotrópico. El grafito y el diamante son alótropos del carbono que son muy diferentes. En el grafito, los átomos se unen de una manera que forma láminas de una red hexagonal, creando una forma de carbono que es suave. El grafito también es el alótropo más estable. Por otro lado, un diamante tiene átomos que se forman en una red tetraédrica, creando una sustancia extremadamente dura. También tienen diferentes puntos de fusión, puntos de ebullición y reactividades. Otros alótropos del carbono incluyen grafeno con forma de red de panal bidimensional, carbono amorfo que no es cristalino, lonsdaleita o diamante hexagonal, fullerenos y nanotúbulos.

Otro no metal que tiene múltiples alótropos es el oxígeno, que también es monotrópico. El dioxígeno es un alótropo formado por dos átomos de oxígeno unidos y es el alótropo más estable. Es un gas incoloro o (cuando se enfría) forma un líquido azul pálido. El ozono se forma a partir de tres átomos de oxígeno unidos entre sí. Es un gas azul pálido que también se convierte en un líquido azul pálido cuando se enfría. El tetraoxígeno se forma a partir de cuatro átomos unidos y es de color azul pálido a rosa. Cuando ocho átomos de oxígeno se unen, se forma otro alótropo llamado octaoxígeno, que está hecho de cristales rojos.

Alótropos metaloides

Los metaloides son elementos que exhiben propiedades tanto de metales como de no metales. Uno de esos elementos es el silicio. El silicio cristalino está hecho de átomos en una estructura tetraédrica con cada átomo unido a otros cuatro átomos. El silicio amorfo es una forma no cristalina en la que los átomos no se mantienen unidos entre sí. Ambos tipos de silicio se utilizan para fabricar células solares para crear paneles solares para la electricidad.

Otro metaloide, el boro, tiene múltiples alótropos. El beta boro es una de las formas más comunes. Este alótropo es un material gris duro. Es más ligero que el aluminio y tiene un alto punto de fusión de 2.080 grados centígrados. El otro alótropo más común es el boro en polvo amorfo, un polvo finamente dividido.

Alótropos metálicos

El estaño es un metal que tiene varios alótropos y es enantiotrópico. El estaño alfa tiene átomos que forman cristales cúbicos de diamante y es estable a temperaturas inferiores a 13,2 grados centígrados. Esto también se llama plaga de estaño gris o estaño. Por otro lado, su estaño beta alótropo es blanco y es estable a temperaturas más altas.

El hierro es otro metal que es enantiotrópico y tiene múltiples alótropos. El hierro alfa, el hierro beta y el hierro delta tienen estructuras cúbicas centradas en el cuerpo con un solo átomo en el centro de un cubo, unido a otros ocho átomos de hierro ubicados en los vértices del cubo. El hierro gamma tiene una estructura cúbica centrada en las caras con un átomo de hierro ubicado en cada cara del cubo. El hierro épsilon se forma a muy alta presión y tiene una estructura hexagonal muy compacta. Cada alótropo se desarrolla a diferentes temperaturas y presiones, lo que permite que los alótropos se transformen entre sí.

Datos de alótropos

Los alótropos son importantes y se utilizan en muchas facetas de la vida. Dado que hay tantos alótropos y tantos elementos que tienen alótropos, es difícil señalar hechos que se apliquen a todos y cada uno. Sin embargo, en general, se pueden decir los siguientes hechos finales para la mayoría, si no todos, los alótropos:

  • El término “alotropía” se deriva de la palabra griega “alotropía”, que significa mutabilidad.
  • Muchas veces, los alótropos se formarán espontáneamente en función de la temperatura, la presión o la exposición a la luz.
  • El primer alótropo sólido que se forma a partir de una solución suele ser el menos estable, un fenómeno que se ha denominado regla de Ostwald o regla escalonada de Ostwald.
  • Si bien la mayoría de los alótropos existen en la misma forma física, algunos elementos tienen múltiples alótropos sólidos, así como alótropos líquidos o gaseosos.

Resumen de la lección

Un alótropo es una o más formas de un elemento químico que pueden existir en el mismo estado físico. Los alótropos tienen diferentes propiedades químicas y físicas debido a las diferentes formas en que los átomos se unen para crear cada alótropo. El alotropismo es la capacidad de un elemento para existir en múltiples formas. El polimorfismo difiere del alotropismo porque ocurre en compuestos químicos con diferentes estructuras moleculares. El alotropismo es solo con elementos que tienen diferentes estructuras atómicas.

La mayoría de los elementos tienen alótropos. El tipo de alótropos que forma se divide en dos categorías principales: monotrópico, lo que significa que una forma de los alótropos de un elemento tiende a ser más estable en todas las condiciones, o enantiotrópico donde las diferentes formas de los alótropos de un elemento son estables en diversas condiciones. Hay elementos metálicos, no metálicos y metaloides que tienen alótropos, pero los no metales se reconocen más comúnmente debido a su variación de color. Los alótropos se forman con mayor frecuencia como sólidos, pero también pueden existir como líquidos o gases. Se puede formar un alótropo debido a cambios de temperatura, presión o exposición a la luz.

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