Cos’è un allotropo? Definizione ed esempi

Un allotropo è ciascuna delle diverse forme stabili in cui possiamo trovare o preparare un elemento puro . Cioè, gli allotropi sono le diverse forme in cui si presentano le sostanze elementari, sia naturalmente che sinteticamente. Un esempio comune di allotropo è la grafite, che è una delle forme in cui si può ottenere l’elemento carbonio.

Un altro importante allotropo del carbonio è il diamante, una forma cristallina estremamente dura e trasparente dell’elemento che costituisce la base della vita. Con l’eccezione degli elementi sintetici (sintetizzati artificialmente), ogni elemento nella tavola periodica ha almeno un allotropo, sebbene di solito ne abbia diversi. Mentre alcuni di questi allotropi possono essere privi di valore, altri possono essere estremamente preziosi, come illustrato dalla differenza tra carbonio grafite e carbonio diamante.

Caratteristiche e proprietà degli allotropi

Proprietà fisiche

L’esempio del carbonio illustra un aspetto molto importante degli allotropi, ovvero che possono avere caratteristiche e proprietà fisiche e chimiche radicalmente opposte.

La grafite di carbonio, ad esempio, è un materiale elettricamente conduttivo, è molto soffice, ha una struttura sotto forma di strati o fogli di atomi di carbonio con ibridazione sp 2 legati tra loro mediante legami singoli e doppi che vengono costantemente ^scambiati . risonanza.

Invece, il diamante è il materiale più duro che conosciamo. È formato da un reticolo cristallino tridimensionale in cui ogni atomo di carbonio è legato contemporaneamente ad altri quattro atomi mediante legami covalenti singoli. Questa caratteristica rende il diamante uno dei migliori isolanti elettrici conosciuti (al contrario della grafite, che è un conduttore).

Proprietà chimiche

Anche gli allotropi hanno spesso proprietà chimiche notevolmente diverse. Ad esempio, il fosforo può essere trovato sotto forma di vari allotropi, tra i quali il fosforo bianco, rosso e nero è il più comune. Il fosforo bianco e rosso hanno atomi di fosforo simili con geometria tetraedrica. Tuttavia, il fosforo bianco è estremamente tossico e altamente infiammabile, accendendosi spontaneamente solo entrando in contatto con l’ossigeno presente nell’aria. Questo lo rende utile come miccia in alcuni esplosivi come le bombe a mano.

Invece il fosforo rosso è molto più stabile. Può entrare in contatto con l’aria senza provocare un incendio. Il fosforo nero invece si forma solo in condizioni di alta pressione e temperatura superiore a 200 °C, ma una volta formatosi può essere raffreddato ed è ancora più stabile del fosforo rosso.

stato fisico

Gli esempi degli allotropi del fosforo menzionati nella sezione precedente sono tutti solidi a temperatura ambiente. Tuttavia, gli allotropi possono esistere anche in altri stati di aggregazione. Ad esempio, oltre ai tre isotopi solidi menzionati (e almeno altrettanti), il fosforo può esistere anche come allotropo gassoso di formula P 4 , _formando una struttura tetraedrica con un fosforo a ciascun vertice.

struttura di cristallo

Infine, gli allotropi possono anche essere differenziati l’uno dall’altro in base alla loro struttura cristallina. Abbiamo già visto come il carbonio può formare due tipi molto diversi di strutture tridimensionali che danno origine a proprietà nettamente diverse. Oltre a ciò, alcuni allotropi potrebbero anche non avere una struttura cristallina ben definita, nel qual caso si dice che siano allotropi amorfi.

Da un punto di vista macroscopico, gli allotropi amorfi sono facilmente riconoscibili perché sulla loro superficie non si osserva alcun tipo di sfaccettatura o struttura definita che suggerisca una struttura interna altamente ordinata.

Dal punto di vista microscopico, tuttavia, i solidi amorfi sono spesso semplicemente una miscela di un gran numero di piccoli solidi cristallini di dimensioni diverse e persino strutture cristalline locali diverse.

Importanza degli allotropi

L’allotropia di un elemento può diventare estremamente importante sotto molti punti di vista. Il fatto che alcuni allotropi siano più stabili di altri li rende preferibili per il trasporto e la manipolazione del rispettivo elemento. D’altra parte, alcuni allotropi hanno proprietà desiderabili che altri allotropi non hanno.

Un esempio di quanto sopra è la durezza del diamante, la conducibilità della grafite e la combinazione di durezza e conducibilità di un altro allotropo molto importante del carbonio, quello che costituisce i nanotubi di carbonio.

D’altra parte, la trasformazione di un allotropo in un altro può essere essenziale per molte applicazioni industriali dei diversi elementi. Ad esempio, il silicio è uno degli elementi più importanti nell’industria elettronica. È il semiconduttore che costituisce la base di tutti i microchip e processori che alimentano tutti i nostri dispositivi elettronici. Tuttavia, il silicio può essere trovato in due forme allotropiche: silicio amorfo e silicio cristallino.

Il silicio amorfo viene utilizzato come semiconduttore nella fabbricazione di pannelli solari a basso costo, mentre per la fabbricazione di microchip si può utilizzare solo silicio monocristallino, serve cioè un gigantesco monocristallo di silicio in cui tutti gli atomi sono perfettamente ordinati in fine di creare i pattern che fanno parte dei circuiti di ogni microchip.

Esempi di allotropi comuni

Allotropi naturali del carbonio:

grafite di carbonio

carbonio diamantato

grafene

nanotubi di carbonio a parete singola

nanotubi di carbonio a doppia parete

nanotubi di carbonio a parete multipla

Fullereni come Buckminsterfulerene o C ₆₀

Allotropi naturali dell’ossigeno:

Ossigeno atomico (O)

Ossigeno gassoso o molecolare (O ₂ )

Ozono ( _O3 )

Tetraossigeno (O ₄ )

ossigeno solido O ₈

Allotropi naturali dell’azoto:

Azoto molecolare gassoso (N ₂ )

azoto solido cubico

azoto solido esagonale

Allotropi naturali del boro:

Boro amorfo (polvere marrone)

boro α-romboedrico

Boro β-romboedrico

salgemma boro-γ

Borofeni (strutture simili al grafene ma fatte di boro invece che di carbonio)

Riferimenti

Bolívar, G. (2019, 10 luglio). Boro: storia, proprietà, struttura, usi . ergastolano. https://www.lifeder.com/boro/

Chang, R. e Goldsby, K. (2013). Chimica (11a ed.). McGraw-Hill Interamericana de España SL

Educaplus.org. (nd). Proprietà dell’elemento . http://www.educaplus.org/elementos-quimicos/propiedades/alotropos.html

Fiori, G. (2021, 11 giugno). Quali sono le forme allotropiche dell’azoto? The-Answer.com. https://la-respuesta.com/preguntas-comunes/cuales-son-las-formas-alotropicas-del-nitrogeno/