stringtranslate.com

Alotropía

El diamante y el grafito son dos alótropos del carbono: formas puras del mismo elemento que se diferencian en su estructura cristalina.

La alotropía o alotropismo (del griego antiguo ἄλλος (allos)  'otro', y τρόπος (tropos)  'manera, forma') es la propiedad de algunos elementos químicos de existir en dos o más formas diferentes, en el mismo estado físico , conocida como alótropos de los elementos. Los alótropos son diferentes modificaciones estructurales de un elemento: los átomos del elemento están unidos entre sí de diferentes maneras. [1] Por ejemplo, los alótropos del carbono incluyen diamante (los átomos de carbono están unidos entre sí para formar una red cúbica de tetraedros ), grafito (los átomos de carbono están unidos entre sí en láminas de una red hexagonal ), grafeno (hojas individuales de grafito ) y fullerenos (los átomos de carbono están unidos entre sí en formaciones esféricas, tubulares o elipsoidales).

El término alotropía se utiliza únicamente para elementos, no para compuestos . El término más general, utilizado para cualquier compuesto, es polimorfismo , aunque su uso suele restringirse a materiales sólidos como los cristales. La alotropía se refiere únicamente a diferentes formas de un elemento dentro de una misma fase física (el estado de la materia, como sólido , líquido o gaseoso ). Las diferencias entre estos estados de la materia no constituirían por sí solas ejemplos de alotropía. Los alótropos de elementos químicos se denominan frecuentemente polimorfos o fases del elemento.

Para algunos elementos, los alótropos tienen diferentes fórmulas moleculares o diferentes estructuras cristalinas, así como una diferencia en la fase física; por ejemplo, dos alótropos del oxígeno ( dioxígeno , O 2 y ozono , O 3 ) pueden existir en estado sólido, líquido y gaseoso. Otros elementos no mantienen alótropos distintos en diferentes fases físicas; por ejemplo, el fósforo tiene numerosos alótropos sólidos , que vuelven a la misma forma P 4 cuando se funden al estado líquido.

Historia

El concepto de alotropía fue propuesto originalmente en 1840 por el científico sueco barón Jöns Jakob Berzelius (1779-1848). [2] [3] El término se deriva del griego άλλοτροπἱα (alotropía)  , 'variabilidad, variabilidad'. [4] Después de la aceptación de la hipótesis de Avogadro en 1860, se entendió que los elementos podían existir como moléculas poliatómicas, y se reconocieron dos alótropos del oxígeno como O 2 y O 3 . [3] A principios del siglo XX, se reconoció que otros casos, como el carbono, se debían a diferencias en la estructura cristalina.

En 1912, Ostwald señaló que la alotropía de los elementos es sólo un caso especial del fenómeno del polimorfismo conocido por los compuestos, y propuso que los términos alótropo y alotropía fueran abandonados y reemplazados por polimorfismo y polimorfismo. [5] [3] Aunque muchos otros químicos han repetido este consejo, la IUPAC y la mayoría de los textos de química todavía favorecen el uso de alótropo y alotropía solo para elementos. [6]

Diferencias en las propiedades de los alótropos de un elemento.

Los alótropos son diferentes formas estructurales del mismo elemento y pueden exhibir propiedades físicas y comportamientos químicos bastante diferentes. El cambio entre formas alotrópicas es provocado por las mismas fuerzas que afectan a otras estructuras, es decir, la presión , la luz y la temperatura . Por tanto, la estabilidad de los alótropos particulares depende de condiciones particulares. Por ejemplo, el hierro cambia de una estructura cúbica centrada en el cuerpo ( ferrita ) a una estructura cúbica centrada en las caras ( austenita ) por encima de 906 °C, y el estaño sufre una modificación conocida como peste de estaño de una forma metálica a una forma semimetálica por debajo de 13,2 °C. C (55,8 °F). Como ejemplo de alótropos que tienen un comportamiento químico diferente, el ozono (O 3 ) es un agente oxidante mucho más fuerte que el dioxígeno (O 2 ).

Lista de alótropos

Normalmente, los elementos capaces de tener un número de coordinación y/o estados de oxidación variables tienden a exhibir un mayor número de formas alotrópicas. Otro factor que contribuye es la capacidad de un elemento para encadenarse .

Ejemplos de alótropos incluyen:

No metales

metaloides

Rieles

Entre los elementos metálicos que se encuentran en la naturaleza en cantidades importantes (56 hasta U, sin Tc ni Pm), casi la mitad (27) son alotrópicos a presión ambiente: Li, Be, Na, Ca, Ti, Mn, Fe, Co, Sr, Y, Zr, Sn, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Yb, Hf, Tl, Th, Pa y U. Algunas transiciones de fase entre formas alotrópicas de metales tecnológicamente relevantes son las de Ti. a 882 °C, Fe a 912 °C y 1394 °C, Co a 422 °C, Zr a 863 °C, Sn a 13 °C y U a 668 °C y 776 °C.

 Más estable en condiciones estándar.
 Estructuras estables por debajo de la temperatura ambiente.
 Estructuras estables por encima de la temperatura ambiente.
 Estructuras estables por encima de la presión atmosférica.

Lantánidos y actínidos

Diagrama de fases de los elementos actínidos.

Nanoalótropos

En 2017 se propuso el concepto de nanoalotropía. [19] Los nanoalótropos, o alótropos de nanomateriales, son materiales nanoporosos que tienen la misma composición química (por ejemplo, Au), pero difieren en su arquitectura a nanoescala (es decir, en una escala de 10 a 100 veces las dimensiones de los átomos individuales). . [20] Estos nanoalótropos pueden ayudar a crear dispositivos electrónicos ultrapequeños y encontrar otras aplicaciones industriales. [20] Las diferentes arquitecturas a nanoescala se traducen en diferentes propiedades, como se demostró con la dispersión Raman mejorada en la superficie realizada en varios nanoalótropos de oro diferentes. [19] También se creó un método de dos pasos para generar nanoalótropos. [20]

Ver también

Notas

  1. ^ IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de Oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "Alotropo". doi :10.1351/libro de oro.A00243
  2. ^ Ver:
    • Berzelius, Jac. (1841). Årsberättelse om Framstegen i Fysik och Kemi afgifven den 31 Mars 1840. Första delen [ Informe anual sobre el progreso de la física y la química presentado el 31 de marzo de 1840. Primera parte. ] (en sueco). Estocolmo, Suecia: PA Norstedt & Söner. pag. 14. De la pág. 14: "Om det ock passar väl för att uttrycka förhållandet emellan myrsyrad etiloxid och ättiksyrad methyloxid, så är det icke passande för de olikatilstånd hos de enkla kropparne, hvari dessa blifva af skiljaktiga egenskaper, och torde för dem böra ersättas af en bättre vald benämning , t .​​​ (Si [es decir, la palabra isómero ] también es adecuada para expresar la relación entre el óxido de etilo del ácido fórmico [es decir, formiato de etilo] y el metilóxido del ácido acético [es decir, acetato de metilo], entonces [es decir, la palabra isómeros ] es no es adecuado para diferentes condiciones de sustancias simples, donde estas [sustancias] se transforman para tener diferentes propiedades, y [por lo tanto, la palabra isómeros ] debe reemplazarse, en su caso, por un nombre mejor elegido, por ejemplo, Alotropía (de αλλότροπος , que; significa: de diferente naturaleza) o condición alotrópica .)
    • Republicado en alemán: Berzelius, Jacob; Wöhler, F., trad. (1841). "Jahres-Bericht über die Fortschritte der physischen Wissenschaften" [Informe anual sobre el progreso de las ciencias físicas]. Jahres Bericht Über die Fortschritte der Physischen Wissenschaften (en alemán). 20 . Tubinga, (Alemania): Laupp'schen Buchhandlung: 13.{{cite journal}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace ) De la pág. 13: "Wenn es sich auch noch gut eignet, um das Verhältniss zwischen ameisensaurem Äthyloxyd und essigsaurem Mmethyloxyd auszudrücken, so ist es nicht passend für ungleiche Zustände bei Körpern, in welchen diese verschiedene Eigenschaften annehmen, und dürfte für die se durch eine besser gewählte Benennung zu ersetzen sein, z. B. durch Allotropie (von αλλότροπος , welches bedeutet: von ungleicher Beschaffenheit), oder durch allotropischen Zustand . (Incluso si [es decir, la palabra isómero ] sigue siendo adecuada para expresar la relación entre formiato de etilo y acetato de metilo, entonces no es apropiada para las distintas condiciones en el caso de sustancias donde estas [sustancias] asumen propiedades diferentes, y para estos, [la palabra isómero ] puede reemplazarse con una designación mejor elegida, por ejemplo, con Alotropía (de αλλότροπος , que significa: de carácter distinto), o con condición alotrópica .)
    • Diccionario en línea Merriam-Webster: Alotropía
  3. ^ abc Jensen, WB (2006), "El origen del término alótropo", J. Chem. Educativo. , 83 (6): 838–39, Bibcode :2006JChEd..83..838J, doi :10.1021/ed083p838.
  4. ^ "alotropía", Un nuevo diccionario inglés sobre principios históricos , vol. 1, Oxford University Press, 1888, pág. 238.
  5. ^ Ostwald, Wilhelm; Taylor, WW, traducción. (1912). Esquemas de química general (3ª ed.). Londres, Inglaterra: Macmillan and Co., Ltd. p. 104.{{cite book}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace ) De la pág. 104: "Se conocen sustancias que existen no sólo en dos, sino incluso en tres, cuatro o cinco formas sólidas diferentes; no se sabe que exista limitación en el número. Tales sustancias se llaman polimorfas. El nombre alotropía se emplea comúnmente en la misma conexión, especialmente cuando la sustancia es un elemento, no hay ninguna razón real para hacer esta distinción, y es preferible permitir que desaparezca el segundo nombre menos común ".
  6. ^ Jensen 2006, citando a Addison, WE The Allotropy of the Elements (Elsevier 1964), que muchos han repetido este consejo.
  7. ^ Raj, G. Química inorgánica avanzada Vol-1. Krishna Prakashan. pag. 1327.ISBN​ 9788187224037. Consultado el 6 de enero de 2017 .
  8. ^ Overhauser, AW (2 de julio de 1984). "Estructura cristalina del litio a 4,2 K". Cartas de revisión física . 53 (1). Sociedad Estadounidense de Física (APS): 64–65. Código bibliográfico : 1984PhRvL..53...64O. doi :10.1103/physrevlett.53.64. ISSN  0031-9007.
  9. ^ ab Hanfland, M.; Syassen, K.; Christensen, NE; Novikov, DL (2000). "Nuevas fases de alta presión del litio". Naturaleza . 408 (6809). Springer Science y Business Media LLC: 174–178. Código Bib :2000Natur.408..174H. doi :10.1038/35041515. ISSN  0028-0836. PMID  11089965. S2CID  4303422.
  10. ^ abcdefghijklmnop Degtyareva, VF (2014). "Potasio bajo presión: origen electrónico de estructuras complejas". Ciencias del Estado Sólido . 36 : 62–72. arXiv : 1310.4718 . Código Bib : 2014SSSci..36...62D. doi :10.1016/j.solidstatesciences.2014.07.008.
  11. ^ Hanfland, M.; Loa, I.; Syassen, K. (13 de mayo de 2002). "Sodio bajo presión: transición estructural de bcc a fcc y relación presión-volumen a 100 GPa". Revisión física B. 65 (18). Sociedad Estadounidense de Física (APS): 184109. Bibcode : 2002PhRvB..65r4109H. doi : 10.1103/physrevb.65.184109. ISSN  0163-1829.
  12. ^ McMahon, Michigan; Gregoryanz, E.; Lundegaard, LF; Loa, I.; Guillaume, C.; Nelmes, RJ; Kleppe, Alaska; Amboage, M.; Guillermo, H.; Jephcoat, AP (18 de octubre de 2007). "Estructura del sodio por encima de 100 GPa mediante difracción de rayos X monocristalino". Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias . 104 (44): 17297–17299. Código bibliográfico : 2007PNAS..10417297M. doi : 10.1073/pnas.0709309104 . ISSN  0027-8424. PMC 2077250 . PMID  17947379. 
  13. ^ Gregoryanz, E.; Lundegaard, LF; McMahon, Michigan; Guillaume, C.; Nelmes, RJ; Mezouar, M. (23 de mayo de 2008). "Diversidad estructural del sodio". Ciencia . 320 (5879). Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia (AAAS): 1054–1057. Código Bib : 2008 Ciencia... 320.1054G. doi : 10.1126/ciencia.1155715. ISSN  0036-8075. PMID  18497293. S2CID  29596632.
  14. ^ Olijnyk, H.; Holzapfel, WB (1 de abril de 1985). "Transición de fase estructural de alta presión en Mg". Revisión física B. 31 (7). Sociedad Estadounidense de Física (APS): 4682–4683. Código bibliográfico : 1985PhRvB..31.4682O. doi : 10.1103/physrevb.31.4682. ISSN  0163-1829. PMID  9936412.
  15. ^ de la Peña O'Shea, Víctor Antonio; Moreira, Iberio de PR; Roldán, Alberto; Illas, Francesc (8 de julio de 2010). "Estructura electrónica y magnética del cobalto a granel: las fases α, β y ε de los cálculos de la teoría funcional de la densidad". La Revista de Física Química . 133 (2): 024701. doi : 10.1063/1.3458691. PMID  20632764.
  16. ^ abcd Deffrennes, Guillaume; Fauré, Philippe; Bottin, François; Joubert, Jean-Marc; Oudot, Benoît (2022). "Estaño (Sn) a alta presión: revisión, difracción de rayos X, cálculos DFT y modelado de energía de Gibbs". Revista de Aleaciones y Compuestos . 919 : 165675. arXiv : 2203.16240 . doi : 10.1016/j.jallcom.2022.165675.
  17. ^ Molodets, AM; Nabatov, SS (2000). "Potenciales termodinámicos, diagrama de estado y transiciones de fase del estaño en compresión de choque". Alta temperatura . 38 (5): 715–721. doi :10.1007/BF02755923. S2CID  120417927.
  18. ^ Benedicto, U.; Haire, RG; Peterson, JR; Itie, JP (1985). "Deslocalización de electrones 5f en curio metálico a alta presión". Revista de Física F: Física de los Metales . 15 (2): L29-L35. Código Bib : 1985JPhF...15L..29B. doi :10.1088/0305-4608/15/2/002.
  19. ^ ab Udayabhaskararao, Thumu; Altantzis, Thomas; Houben, Lotario; Coronado-Puchau, Marc; Langer, Judith; Popovitz-Biro, Ronit; Liz-Marzán, Luis M.; Vuković, Lela; Král, Petr (27 de octubre de 2017). "Nanoalótropos porosos sintonizables preparados mediante grabado posterior al ensamblaje de superredes de nanopartículas binarias". Ciencia . 358 (6362): 514–518. Código Bib : 2017 Ciencia... 358.. 514U. doi : 10.1126/ciencia.aan6046 . hdl : 10067/1472420151162165141 . ISSN  0036-8075. PMID  29074773.
  20. ^ abc "Los materiales que no existen en la naturaleza podrían conducir a nuevas técnicas de fabricación". israelbds.org . Archivado desde el original el 9 de diciembre de 2017 . Consultado el 8 de diciembre de 2017 .

Referencias

enlaces externos

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con la alotropía .