Materiales Alotropos

MATERIALES ALOTROPOS

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 fácilmenteconformables.
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.
En la transformación alotrópica se produce una absorción de calor al ser calentado o en el caso del enfriamiento, un desprendimiento de calor latente verificándose estos procesos a temperatura constante;la denominada temperatura de transformación alotrópica.
Por ejemplo en la imagen se muestra la curva de enfriamiento del hierro puro. Nótese las líneas isotermas correspondientes a las temperaturas de transformación alotrópica.
- En el intervalo entre los 1535 y 1390 °C el hierro tiene la red cúbica centrada en el cuerpo y esta fase alotrópica recibe el nombre de hierro δ ( Fe δ ).
- En elintervalo entre 1390 y 910 ° C la estructura pasa a ser cúbica centrada en las caras (Fe γ).
- Finalmente por debajo de 910 °C la red pasa a ser cúbica centrada en el cuerpo (Fe α).
Está situación influye en operaciones como el temple del acero ya que el hierro al pasar de
Fe γ a Fe α sufre una variación de su volumen. El índice de coordinación pasa de 12 a 8 y la compacidad del 74% al 8%. Todoello puede provocar que aparezcan grietas superficiales en el temple.
A altas presiones también puede estabilizarse el Fe-ε que presenta estructura hexagonal compacta.
El estaño es otro de los metal que presenta el fenómeno de alotropía. Sus formas alotrópicas mas conocidas son el estaño gris y el estaño blanco. El estaño gris, no metálico, tiene estructura cúbica y es estable a temperaturaspor 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 aldesmoronamiento 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.
Otro de los casos más conocidos de alotropía es el carbono. Sus variedades alotrópicas son: el diamante con estructura tetraédrica, el grafito con estructura hexagonal y los fulerenos. Losfulerenos forman una familia entera de formas alotrópicas distintas que llaman la atención por la belleza de sus estructuras. La más conocida de ellas es el buckminsterfullereno con una estructura similar a la de un globo (imagen).
El carbono es un claro de ejemplo de cómo un mismo elemento químico como el carbono puede mostrar propiedades tan dispares como el duro diamante y el blando grafito.El fósforo es tan bien uno de los ejemplos clásicos de alotropía. Sus formas alotrópicas mas comunes son el fósforo blanco, rojo, violeta y negro. El fósforo blanco es tóxico y altamente inflamable, sus moléculas son tetraédricas. El fósforo rojo se produce al calentar el fósforo blanco a temperaturas de 270-300 ºC, es menos tóxico y reactivo que el fósforo blanco. Está formado por redestridimensionales con cada átomo de fósforo en un entorno piramidal. Éste es el fósforo que se usa para la fabricación de cerillas. El fósforo 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. El fósforo negro se obtiene calentando fósforo blanco a 220 ºC y bajo una gran presión.

El...