Alotropia do Carbono, do Enxofre, do Fósforo e do Oxigênio

A química sem dúvida é muito fascinante. Quanto mais lemos, mais descobrimos um mundo de muitas curiosidades no meio de tantas informações. Você, amigo leitor, sabia que existe estrutura molecular no formato de uma bola de futebol? Sim, existe. Isto ocorre com o elemento carbono que possuem uma propriedade chamada de Alotropia.

Alotropia (do grego allos, outro; e tropos, maneira) é o fenômeno que ocorre quando um elemento químico forma duas ou mais substâncias simples diferentes. Quando um elemento apresenta alótropos, dizemos que ocorre o fenômeno da alotropia.

Substâncias Simples são formadas por átomos de um mesmo elemento químico (tabela periódica).

Ou ainda, podemos dizer que a alotropia decorre ou da atomicidade da substância, como é o caso do O₃ e O₂, ou da arrumação dos átomos no espaço, como é o caso do diamante e da grafite.

Atomicidade é o número de átomos existentes em uma molécula de substâncias simples.

Exemplo: molécula monoatômica contém apenas um átomo, He;

Molécula diatômica contém dois átomos, O₂;

Molécula triatômica contém três átomos, O₃; e assim por diante.

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Entre os vários casos de alotropia, os mais conhecidos são: Alotropia do Carbono, do Oxigênio, do Fósforo e a do Enxofre.

Alotropia do Carbono

Dependendo da “arrumação” dos átomos de carbonos na formação das grandes moléculas, podemos ter várias formas alotrópicas para o carbono, as mais famosas são: a grafite e o diamante.

A grafite é um sólido pouco duro, usado nos lápis; conduz eletricidade e tem densidade igual a 2,22 g/cm³, sendo ela uma forma cristalina menos compacta. Possuem um ângulo entre as ligações de 120°. Sua estrutura geométrica é a trigonal plana.

O diamante é o sólido mais duro que se conhece, difícil de ser riscado, ao contrário da  grafite, não conduz eletricidade e tem densidade igual a 3,51 g/cm³, sendo sua estrutura cristalina mais compacta. Possui um ângulo entre as moléculas de aproximadamente 109°. Sua estrutura geométrica é a tetraédrica.

Dureza é a capacidade de resistir a ser riscado por outras substâncias. Por exemplo, quando dizemos que a unha é mais dura que o sabonete, estamos dizendo que a unha é capaz de riscar o sabonete, mas não é riscada por ele.

Temos outras formas curiosas de alotropia para carbono, que são: uma estrutura no formato de uma bola de futebol, formada por 60 átomos de carbono (apenas carbono). Esta bola oca foi descoberta pelos cientistas Harold W. Kroto, Robert Curl e Richard Smalley, que em 1985 batizaram-na de Fulereno-60 (homenagem ao arquiteto Richard Buckminster Fuller), C₆₀. 

A outra estrutura (na verdade são várias) tem um formato de um tubo, contendo apenas átomos de carbonos, os nanotubos. Os nanotubos, moléculas constituídas de átomos de carbonos, podem vir a substituir os chips de silício em computadores muito menores que os atuais.

Alotropia do Oxigênio

As formas alotrópicas do elemento oxigênio variam na atomicidade, são elas: a do gás oxigênio (O₂), responsável pela respiração dos seres e a do gás ozônio (O₃), responsável por filtrar os raios ultravioleta do sol (serve como uma camada protetora para a Terra). 

O excesso desses raios pode causar, no ser humano, lesões nos olhos, na pele e no sistema imunológico; além disso, pode interferir no processo de fotossíntese, diminuindo o rendimento das lavouras e podem matar o alimento (algas) dos peixes pequenos.

Alotropia do Fósforo

As estruturas das formas alotrópicas do Fósforo possuem diferentes arranjos, assim como na do carbono, apresentando duas principais: o fósforo branco e o fósforo vermelho.

Fósforo branco é um sólido branco, tóxico, muito reativo, formado por moléculas de P₄, de densidade igual a 1,82 g/cm³, que funde (derrete) a 44 °C e ferve a 280 °C. Por ser muito reativo (ou seja, reagir com muita veracidade, quando exposto ao ar, sofre combustão espontânea), ele é conservado dentro da água. Esta estrutura é menos estável (mais reativo) que a do vermelho.

Fósforo Vermelho é um sólido, pó, amorfo (que não apresenta estrutura cristalina), de cor vermelha, de densidade 2,38 g/cm³, tem ponto de fusão 590 °C. O fósforo vermelho que mais estável (menos reativo) é formado do aquecimento do fósforo branco em ausência de ar e a cerca de 300 °C. Observação: cada grão do pó é formado por milhões de moléculas de P₄, originando dessa grande união à molécula do fósforo vermelho, a P_∞ (∞ = quantidade infinita).

Alotropia do Enxofre

O enxofre apresenta também duas formas alotrópicas principais: o enxofre ortorrômbico e o enxofre monoclínico. As moléculas de ambas as estruturas possuem 8 átomos enxofre, S₈ (octatômica), em forma de anel. A diferença entre elas estar na arrumação das moléculas S₈ no espaço, formando cristais diferentes.

A preparação do enxofre rômbico se dá pela dissolução do enxofre em CS₂ (bastante solúvel em sulfeto de carbono) e este é evaporação de maneira lenta, resultando no cristal rômbico. Que apresenta como um pó amarelo, inodoro (sem cheiro) insolúvel em água, possui uma densidade igual a 2,08 g/cm³, ponto de ebulição de 112,8 °C e ferve a 445 °C.

Já a preparação do enxofre monoclínico ocorre pela fusão (derretimento) do enxofre a 445 °C e imediatamente é resfriado de maneira rápida (brusca), dando origem aos cristais monoclínicos. Que assim como os rômbicos, são amarelos, inodoros, insolúveis em água. De densidade igual a 1,96 g/cm³, e ponto de fusão de 119,2 °C.

Bem, espero que você, amigo leitor, tem compreendido mais este conceito, o de alotropia. A verdade é que existem muitas substâncias que apresentam propriedades alotrópicas, com aplicações diversas. As citadas são as principais no estudo dos Investigadores da Química.

Para descontrair: os comentários são de certa maneira uma forma alotrópica, pois todos apresentam palavras com a mesma intenção, a de comentar o texto, diferenciando apenas na disposição (arrumação) das palavras. Sendo assim, crie uma estrutura alotrópica, deixando um comentário. Desde já, muito obrigado por sua participação.

As imagens foram extraídas do google, exceto a primeira.