“AÑO DE LA INTEGRACIÓN NACIONAL Y EL RECONOCIMIENTO DE NUESTRA DIVERSIDAD”

FACULTAD DE CIENCIAS

DOCENTE :ING. CLAUDIO RODRÍGUEZ GÓMEZ

TEMA :ALOTROPÍA

INTEGRANTES :- NUÑEZ OTERO, ROCIO MARIBEL - MERINO AQUINO, CRISTHIAN MARTÍN- - - -

CICLO :PRIMERO

FECHA :MIERCOLES 02 DE MAYO DEL 2012

2

ALOTROPÍA FACULTAD DE CIENCIAS

ÍNDICE

I. INTRODUCCIÓN…………………………………………………….. 3

II. TEMA.…………………………………………………………………. 4

1. OBJETIVOS

2. FUNDAMENTO TEÓRICO

A) ETIMOLOGÍA

B) DEFINICIONES

C) CARACTERISTICAS………………………………………. 5

D) FORMAS ALÓTROPICAS

a) ESTAÑO

b) TITANIO

c) PLUTONIO

d) CARBONO………………………………………………6

e) OXIGENO………………………………….…………….9

f) NITROGENO

g) FOSFORO

h) AZUFRE………………………………………….…….10

III. CONCLUCIÓN………………………………………………………...12

IV. BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………..13

3

ALOTROPÍA FACULTAD DE CIENCIAS

I. INTRODUCCIÓN

Durante el estudio de los metales y estructuras cristalinas se destacó que diversos elementos pueden existir en más de un tipo de estructuras cristalinas.

Fue entonces cuando en 1841 el químico sueco Jons Jacob Berzelius (1779-1848) propuso por primera vez el termino Alotropía.

Cuando nos referimos a elementos alotrópicos, nos referimos principalmente a no metales y metaloides como el Carbono (C), Oxígeno (O), Nitrógeno (N), Fosforo (P), Azufre (S), Titanio (Ti), Selenio (Se), Boro (B), Germanio (Ge), Silicio (Si), Arsénico (As), Antimonio (Sb), etc.

Entre los elementos metálicos de origen natural (hasta U, sin Tc y Pm), 28 están en condiciones de ambiente de presión alotrópicos: Li, Be, Na, Ca, Sr, Ti, Mn, Fe, Co, Sr, Y, Zr, Sn, La, Hf, Tl, Po, Th, Pa, U.

En el presente trabajo de investigación expondremos de dónde proviene el término Alotropía, cuál es su significado y las características de los elementos que cumplen con está propiedad.

A continuación les mostraremos las diferentes formas alotrópicas de los principales elementos, siendo el más conocido el Carbono con sus formas alotrópicas: el grafito y el diamante, como lo vemos en la siguiente imagen.

4

ALOTROPÍA FACULTAD DE CIENCIAS

5

ALOTROPÍA FACULTAD DE CIENCIAS

II. TEMA: ALOTROPÍA

1. Objetivos:

1.1Entender y conocer los elementos que poseen más de una forma en el mismo estado.

1.2 Mostrar ejemplos e imágenes de los principales elementos alotrópicos.

2. Fundamento teórico:

ALOTROPÍA:

A) ETIMOLOGÍA:

Esta palabra deriva de las raíces griegas: Allos que significa “otros” y Tropos que significa “cambio”.

B) DEFINICIONES:

Es la capacidad que poseen algunos materiales para existir en más de una forma o estructura cristalina en la misma fase o estado de la materia. Fue propuesto originalmente en 1841 por el químico sueco Jöns Jacob Berzelius (1779-1848).

Es la característica que tienen algunos elementos de presentarse en dos o más formas bajo el mismo estado físico.

Él termino alotropía suele reservarse para hacer referencia de este comportamiento en elementos puros mientras que el término polimorfismo se usa para elementos compuestos.

La transformación alotrópica a menudo repercute en la densidad y en las propiedades físicas del material de ahí el interés de su estudio en áreas como la ingeniería. Por ejemplo, materiales con una estructura cúbica centrada en el cuerpo serán duros y resistentes mientras que los de estructura cúbica centrada en las caras serán materiales más blandos y fácilmente conformables.

La alotropía suele ser más evidente en los no-metales (con exclusión de los halógenos y los gases nobles) y metaloides aunque también los metales tienden a formar variedades alotrópicas

6

ALOTROPÍA FACULTAD DE CIENCIAS

C) CARACTERÍSTICAS:

Las propiedades alotrópicas se presentan en elementos que tienen una misma composición, pero aspectos diferentes; por lo tanto, la propiedad debe observarse en el mismo estado de agregación de la materia y es característico del estado sólido.

Un elemento tiene dos o más clases de moléculas, cada una de las cuales contiene distintos números de átomos que existen en la misma fase o estado físico. Ejemplo el ozono (O3) y el oxígeno (O2).

Un elemento forma dos o más arreglos de átomos o moléculas en un cristal. Ejemplo el diamante (la estructura molecular es tridimensional) y el grafito (su estructura es laminar plana).

Este fenómeno se presenta sólo en los no metales.

E) FORMAS ALOTRÓPICAS:

a) ESTAÑO: es otro de los metales que presenta el fenómeno de alotropía. Sus formas alotrópicas más conocidas son el estaño gris y el estaño blanco. El estaño gris, no metálico, tiene estructura cúbica y es estable a temperaturas por debajo de 13,2 ºC y el estaño blanco, metálico, de estructura tetragonal que existe de manera estable por encima de esa temperatura. Esta transformación no se da con mucha frecuencia debido a la propia cinética de la transformación, tienen que estar expuestos en esas condiciones durante largos periodos. En esta transformación la variación del volumen es del 25% lo que da lugar al desmoronamiento del estaño, adquiere color gris, aumenta su volumen y comienza a desmenuzarse hasta convertirse en polvo produciendo un sonido conocido como grito del estaño que pone de manifiesto el mal o peste del estaño.

b) TITANIO: es otro de los metales alotrópicos, a temperatura ambiente tiene estructura hexagonal compacta llamada fase alfa. Por encima de 882 ºC presenta estructura cúbica centrada en el cuerpo conocida como fase beta.

c) PLUTONIO: este es otro material que cabe mencionar, debido a su uso en la industria nuclear. El plutonio presenta hasta más de seis formas alotrópicas diferentes. El a-Pu (monoclínico hasta 122 ºC), el b-Pu (monoclínico hasta 200 ºC), g-Pu (ortorrómbico hasta 310 ºC), d-Pu (cúbico centrado en las caras hasta 452 ºC), d'-Pu (tetragonal hasta 480 ºC) y a-Pu (cúbica centrada en el cuerpo a partir de 480 ºC). Su densidad puede variar entre16, 00 a 19,86 g/cm3 debido a los cambios

7

ALOTROPÍA FACULTAD DE CIENCIAS

de estructura, lo que complica enormemente cualquier tipo de trabajo con el metal (fundición, mecanizado, almacenamiento...)

d) CARBONO: es un elemento químico de número atómico 6 y símbolo C. Es sólido a temperatura ambiente. Dependiendo de las condiciones de formación, puede encontrarse en la naturaleza en distintas formas alotrópicas:

1. EL GRAFITO: es uno de los alótropos más comunes del carbono. A diferencia del diamante, el grafito es un conductor eléctrico, y puede ser usado, por ejemplo, como material en los electrodos de una lámpara de arco eléctrico. El grafito tiene la distinción de ser la forma más estable de carbono a condiciones estándar.

El grafito es capaz de conducir la electricidad, debido a la deslocalización de los electrones π sobre y debajo de los planos de los átomos de carbono. Estos electrones tienen libertad de movimiento, por lo que son capaces de conducir la electricidad.

El polvo de grafito es usado como un lubricante seco.

Durante un fuego, el grafito se entumece (expande y calcina) para resistir la penetración del fuego y evitar la difusión de los humos.

2. EL DIAMANTE: es uno de los alótropos del carbono mejor conocidos, cuya dureza y alta dispersión de la luz lo hacen útil para aplicaciones industriales y joyería. El diamante es el mineral natural más duro conocido. El uso industrial dominante de los diamantes es en cortado, perforado (brocas de perforación), abrasión (cortadores con filo de diamante), y pulido. Cada átomo de carbono en un diamante está unido covalentemente a otros cuatro átomos de carbono, dispuestos en un tetraedro.

8

ALOTROPÍA FACULTAD DE CIENCIAS

3. EL GRAFENO: Una sola capa de grafito, que alguna vez se creyó ser imposible, es denominada grafeno y tiene propiedades eléctricas, térmicas y físicas extraordinarias. Puede ser producido por epitaxia (deposición química de vapor) en una superficie aislante, o por exfoliación mecánica (pelado repetido).

4. BUCKMINSTERFULERENOS (FULERENOS): fueron descubiertos en 1985, en condiciones deliberadamente creadas en el laboratorio, por un equipo de científicos de la Rice University y la University of Sussex, tres de ellos fueron galardonados con el Premio Nobel de Química de 1996. Los fulerenos son moléculas de tamaños variados, compuestas en su totalidad de carbono, que toman la forman de una esfera hueca, elipsoide, o tubo.En julio de 2010, un grupo de investigadores de la Universidad de Ontario Occidental, en Canadá, detectaron, con el telescopio Spitzer de la NASA, esas moléculas en una nube de polvo cósmico que rodeaba a una estrella distante, en el hemisferio sur de la constelación Ara, a 6.500 años luz de distancia.

9

ALOTROPÍA FACULTAD DE CIENCIAS

5. CARBONO AMORFO: es el nombre usado para el carbono que no tiene una estructura cristalina (homogéneo). El carbono amorfo natural (como el hollín) realmente contiene cristales microscópicos de grafito, A escala macroscópica, el carbono amorfo no tiene una estructura definida, puesto que consiste de pequeños cristales irregulares, pero a escala nano microscópica, puede verse que está hecho de átomos de carbono colocados regularmente.

6. NANOTUBOS DE CARBONO: también llamados buckytubos, son moléculas de carbono cilíndricas con propiedades novedosas que las hacen potencialmente muy útiles en una amplia variedad de aplicaciones (nano electrónica, óptica, aplicaciones de materiales, etc.). Exhiben propiedades extraordinarias de resistencia, propiedades eléctricas únicas, y son eficientes conductores del calor.

También se encuentran otras formas alotrópicas del Carbono descubiertas recientemente como los nanobuds de Carbono, Carbono vítreo, nano espuma de carbono.

10

ALOTROPÍA FACULTAD DE CIENCIAS

e) OXÍGENO: es un elemento químico de número atómico 8 y símbolo O. Es un gas a temperatura ambiente. Puede encontrarse en la naturaleza en dos distintas formas alotrópicas:

1. DIOXÍGENO (O2): Se lo encuentra en la atmósfera en estado gaseoso, es incoloro cuando es gas y azul cuando es licuado, es inodoro, es paramagnética en sus tres estados. Se utiliza para las combustiones en las cuales se desea llegar a una temperatura más elevada que si se utiliza aire. Se utiliza para dar a los enfermos y para abastecer de oxígeno a los tripulantes en los aviones ultrasónicos y naves espaciales.El oxígeno, directa o indirectamente reacciona con todos los elementos de la naturaleza exceptuando el Flúor y los metales nobles (Au y Pt). La combinación de un cuerpo con oxígeno recibe el nombre de combustión.

2. OZONO (O3): Se le encuentra en la atmósfera en forma de O3 en estado gaseoso, es de color azul claro cuando es gas y azul oscuro cuando es licuado; posee un olor nauseabundo semejante al del cloro, es diamagnética. se utiliza como desinfectante para la fabricación de aceites secantes. Se usa como desinfectante y antiséptico en la purificación de agua potable.Posee las mismas propiedades químicas que el oxígeno solo que se producen más enérgicamente.La destrucción de cualquier porcentaje significativo de este ozono, puede tener efectos graves (por ejemplo, aumento de la temperatura de la superficie, mayor incidencia del cáncer en la piel), pero muchas de las actividades del hombre son capaces de destruir el ozono estratosférico.

f) NITRÓGENO: es un elemento químico de número atómico 7 y símbolo N. Es un gas a temperatura ambiente. Puede encontrarse en la naturaleza en dos distintas formas alotrópicas:

1. N5: presenta una geometría plana en forma de V.

2. N12: presenta diferentes geometrías, pero la estructura más estable presenta dos anillos de cinco miembros de nitrógeno unidos por dos átomos de nitrógeno con una geometría plana.

g) FÓSFORO: es un elemento químico de número atómico 15 y símbolo P. Es un no metal a temperatura ambiente. Puede encontrarse en la naturaleza en cuatro distintas formas alotrópicas:

1. FOSFORO BLANCO: es una sustancia sólida, traslúcida, parecida a la cera, que se obtiene condensando vapores de fósforo. Es fosforescente en la oscuridad debido a una oxidación lenta. En el aire húmedo puede inflamarse a 30 ºC, mientras que en el seco requiere mayor temperatura; por ser tan inflamable debe guardarse bajo el agua.

11

ALOTROPÍA FACULTAD DE CIENCIAS

La temperatura del cuerpo basta para inflamarlo, por lo que no debe nunca tocarse con los dedos, a no ser debajo del agua, sino servirse de pinzas. Sus quemaduras son muy dolorosas y tardan en curarse.

2. FOSFORO ROJO: es un polvo de color rojizo consistente en cristales pequeños y alguna otra modificación amorfa. Se obtiene al calentar fósforo blanco, primero a 250 ºC y finalmente a 350 ºC en un recipiente de hierro del que se ha eliminado el aire. Esta transformación es exotérmica. Se convierte en blanco, aunque lentamente, expuesto a la luz solar, por lo que es necesario guardarlo en sitio oscuro. Se evapora sin fundirse y su vapor es el mismo que el de la variedad blanca.

3. FOSFORO VIOLETA: se obtiene disolviendo fósforo blanco en plomo fundido, se deja solidificar éste y se disuelve el plomo en ácido nítrico diluido. Constituye una molécula gigante, lo que explica su inercia química y su elevado punto de fusión.

4. FOSFORO NEGRO: se obtiene calentando fósforo blanco a 220 ºC y bajo una gran presión.

h) AZUFRE: es blando, frágil, ligero, desprende un olor característico a huevo podrido al combinarse con hidrógeno y arde con llama de color azul, desprendiendo dióxido de azufre. Es insoluble en agua pero se disuelve en disulfuro de carbono. Es multivalente, y son comunes los estados de oxidación -2, +2, +4 y +6. En todos los estados (sólido, líquido y gaseoso) presenta formas alotrópicas cuyas relaciones no son completamente conocidas. Sus estructuras Alotrópicas comunes son:

1. AZUFRE ROMBICO: Es conocido de la misma manera como azufre alfa. Se halla de la transformación estable del elemento químico por debajo de los 95.5ºC (204ºF, el punto de transición), y la mayor parte de

12

ALOTROPÍA FACULTAD DE CIENCIAS

las otras formas se revierten a esta modificación si se las deja permanecer por debajo de esta temperatura. El azufre rómbico posee un color amarillo limón, insoluble en agua, levemente soluble en alcohol etílico, éter dietílico y benceno, y es muy soluble en disulfuro de carbono. Posee una densidad de 2.07 g/cm3 (1.19 oz/in3), una dureza de 2.5 en la escala de Mohs y la fórmula molecular presenta es S8.

2. AZUFRE MONOCLINICO: También es llamado azufre prismático o azufre beta. Viene siendo la modificación estable del elemento por encima de la temperatura de transición mientras que se encuentra por debajo del punto de fusión.

3. AZUFRE FUNDIDO: Se cristaliza en prismas en forma de agujas que son casi incoloras. Posee una densidad de 1.96 g/cm3 (1.13 oz/in3), un punto de fusión de 119.0ºC (246.7ºF) y la fórmula molecular que ostenta es S8.

4. AZUFRE PLASTICO: Denominado también azufre gamma. Se produce cuando el azufre fundido en el punto de ebullición normal o cerca de él, es enfriado al estado sólido. Esta forma es amorfa y es sólo parcialmente soluble en disulfuro de carbono.

5. AZUFRE LIQUIDO: Posee la propiedad notable de aumentar su viscosidad si sube la temperatura. Su color cambia a negro rojizo oscuro cuando su viscosidad aumenta, y el oscurecimiento del color y la viscosidad logran su máximo a 200ºC (392ºF). Por encima de esta temperatura, el color se aclara y la viscosidad disminuye.

6. AZUFRE GASEOSO: Presenta un color amarillo naranja. Cuando la temperatura aumenta, el color se torna rojo profundo y después se aclara, aproximadamente a 650ºC (202ºF), y adquiere un color amarillo paja

13

ALOTROPÍA FACULTAD DE CIENCIAS

Otros materiales alótropos son: el nitrógeno, azufre, selenio, boro, germanio, silicio, arsénico y antimonio. Entre metales cabe destacar los casos del circonio y el cobalto, aparte de los ya mencionados. Incluso en el grupo de lantánidos y actínidos, como hemos visto en el caso del plutonio, también existe la alotropía como en el Cerio, Samario, neodimio, americio, terbio, disprosio, gadolinio, prometio...

III. CONCLUCIÓN

1. Las propiedades alotrópicas se presentan en elementos que tienen una misma composición, pero aspectos diferentes; por lo tanto, la propiedad debe observarse en el mismo estado de agregación de la materia y es característico del estado sólido. 

2. Un elemento tiene dos o más clases de moléculas, cada una de las cuales contiene distintos números de átomos que existen en la misma fase o estado físico. Ejemplo el ozono (O3) y el oxígeno (O2).

3. Un elemento forma dos o más arreglos de átomos o moléculas en un cristal. Ejemplo el diamante (la estructura molecular es tridimensional) y el grafito (su estructura es laminar plana)

4. Este fenómeno se presenta sólo en los no metales.

5. Un alótropo es una sustancia que existen en dos o más formas moleculares o cristalinas, como por ejemplo el grafito y el diamante.

6. Durante el estudio de los metales y estructuras cristalinas se destacó que diversos materiales pueden existir en más de un tipo de estructuras cristalinas. El hierro, el estaño, el magnesio, el cobalto, son ejemplos de metales que tienen estas propiedades como alotropía.

7. En conclusión tenemos que la alotropía es la característica que tienen algunos elementos de presentarse en dos o más formas bajo el mismo estado físico. Las formas diferentes de estos elementos se llaman alótropos

14

ALOTROPÍA FACULTAD DE CIENCIAS

IV. BIBLIOGRAFÍA

- http://en.wikipedia.org/wiki/Allotropy.

- http://www.uam.es/docencia/elementos/spV21/conmarcos/elementos/pu.html. (Plutonio)

- http://www.textoscientificos.com/quimica/fosforo/alotropia. (Fósforo).

- http://www.textoscientificos.com/quimica/inorganica/oxigeno/alotropia-dioxigeno. (Oxigeno).

- http://www.uam.es/docencia/labvfmat/labvfmat/practicas/practica1/aleacion.htm. (Carbono).

- http://enciclopedia.us.es/index.php/Peste_del_esta%C3%B1o. (Estaño).

- http://es.wikipedia.org/wiki/Alotrop%C3%ADa

- www.mitecnologico.com/im/Main/Alotropia

- http://www.fullquimica.com/2010/09/clasificacion-de-la-materia.html