Química | Alotropia

| Alotropia: é o fenômeno que ocorre quando um mesmo elemento químico pode formar substâncias simples diferentes. Quando um elemento químico forma diferentes substâncias simples, tais substâncias são os alótropos desse elemento.

Logo, alótropos são diferentes substâncias simples formadas por um mesmo elemento químico. Os alótropos do elemento oxigênio, por exemplo, são o oxigênio (O₂) e o ozônio (O₃).

As variedades alotrópicas podem diferir quanto à quantidade de átomos e/ou sua organização. Antes de iniciar o estudo dos principais casos de alotropia iremos ilustrar a seguinte situação, referente ao carbono, usando como exemplo o 17° filme da série Pokémon para explicar o conceito e ajudar na fixação do assunto em questão.

De acordo com a Pokédex (espécie de agenda pokemon usada para identificar pokémons, algo como uma wikipedia), Diancie (referente ao Diamante) foi revelada como sendo um pokémon extremamente raro que nasce quando um Carbink (referente ao elemento Carbono) sofre uma estranha mutação. Essa mutação não pode ser comparada aos processos de evolução apresentados na franquia. Tal transformação é um fenômeno incomum que não depende dos treinadores ou dos próprios pokémons.

Ainda, segundo a pokédex, os Carbinks comuns nascem a partir de pressões e temperaturas que surgem nas profundezas do subsolo. Também é dito que ele é encontrado em escavações e permanece adormecido no subsolo por centenas de milhões de anos. É possível que, quanto maior o tempo que Carbink permanece no subsolo, maiores as chances de seu corpo sofrer mutações. O filme dá destaque a 4 Carbinks em especial:
4 carbinks principais do filme

Bort e Allotrope apresentam poucas diferenças de um Carbink comum. Pode-se presumir que ambos ficaram mais tempo no subsolo que o normal, a ponto da mutação começar a acontecer no corpo deles. Contudo, eles se desenvolveram muito pouco e a mutação não seguiu adiante.

Merrick é um Carbink um pouco menor que o comum, com destaque para o seu colar que ganha detalhes mais pontudos. Além disso, ele é capaz de falar por telepatia. Nota-se que o seu corpo ficou mais desenvolvido se comparado a Bort e Allotrope, logo, podemos entender que sua mutação atingiu uma fase mais avançada que os outros dois, mas ainda assim não foi completa.

Dace também fala por telepatia e parece ser o mais sábio de todos. É possível ver que o colar branco e felpudo cresceu e tomou forma pelo seu corpo. Um cristal surgiu em seu peito. Nota-se que a mutação de Dace atingiu um estágio muito mais avançado que Merrick, mas ainda assim não foi o suficiente para se transformar em Diancie. Como é o mais velho, acredita-se que é preciso que o processo de mutação dure vários anos até que a transformação em Diancie seja completada.

Já em Diancie, pode-se ver que o colar de Carbink se transforma em uma espécie de vestido. Diancie também ganha um colar de diamante (aparentemente desenvolvido do cristal que Dace tinha no peito). Seu corpo fica bem mais desenvolvido, além de também ser capaz de falar por telepatia.

| Curiosidades: Bort é um nome dado a cacos de diamante de baixa qualidade. Allotrope é uma referência à alotropia, fenômeno que estudaremos e que se trata de diferentes formas de um mesmo elemento. Nesse caso, se refere ao fato do diamante ser um alótropo do carbono.

Veremos os principais casos de alotropia: oxigênio, fósforo, carbono e enxofre. É o que veremos a partir de agora.

| Oxigênio
O elemento oxigênio (O) forma duas variedades alotrópicas: uma delas, a mais abundante, é o oxigênio comum (O₂) e a outra, o ozônio (O₃).

O gás oxigênio (O₂) é o segundo componente mais abundante do ar atmosférico, tendo importância vital para a vida animal e vegetal. Uma propriedade extremamente importante desse gás é que ele alimenta todas as reações de combustão. Ou seja, é impossível fazer a combustão (queima) de um material, como gasolina ou álcool, na ausência desse gás.
Normalmente o gás oxigênio é chamado apenas de oxigênio. Você precisa ter muita atenção ao ler um texto, para que o seu bom senso e a interpretação do contexto em que aparece a palavra oxigênio revelem se se trata do elemento químico oxigênio (O) ou da substância oxigênio (O₂).

O ozônio (O₃) é um gás que está presente em maior concentração na estratosfera, constituindo a chamada camada de ozônio. Ela tem um papel importante, pois impede que grande parte dos raios ultravioleta do Sol chegue à superfície terrestre. O excesso desses raios pode causar, no ser humano, lesões nos olhos, e até câncer de pele.

| Fósforo branco e fósforo vermelho
Outro caso importante de alotropia é o do fósforo (P), que apresenta duas formas alotrópicas principais: o fósforo branco e o fósforo vermelho.

Fósforo branco (P₄), trata-se de uma substância que pode queimar espontaneamente se estiver em contato com o oxigênio do ar. É muito reativo sendo por isso conservado dentro d'água. Quando o aquecemos em ausência de ar e a cerca de 300 °C, ele se converte lentamente em fósforo vermelho, que é mais estável (isto é, menos reativo).

O elemento fósforo também forma macromoléculas, isto é, moléculas muito grandes, nas quais estão presentes milhões de átomos. Elas são representadas por P_n (ou, simplesmente, P) e pertencem ao alótropo denominado fósforo vermelho. O fósforo vermelho não apresenta a propriedade de queimar espontaneamente em contato com o ar.

| Carbono
O elemento carbono (C) está entre os que apresentam maior número de alótropos, devido a grande versatilidade. Daremos destaque ao Grafite, Diamante, Grafeno e falaremos também do Fulereno e nanotubos.

O grafite possui uma composição química igual à do diamante, isto é, carbono puro. No entanto, estas duas substâncias não são iguais e a diferença reside no arranjo (organização) dos seus átomos. É uma estrutura bem organizada, são anéis aromáticos sobrepostos.
Trata-se de um sólido mole (usado nos lápis, o qual o grafite é riscado pelo papel); é um bom condutor de corrente elétrica (ocorre na direção horizontal) e tem hibridação sp².

O diamante é um sólido transparente e muito duro, de hibridação sp³. É a substância natural mais dura de que se tem conhecimento. Por causa disso é usado para cortar vidro e para fazer brocas. Lembrando que dureza é a capacidade de resistir a ser riscado por outras substâncias. O fato de o diamante ser a substância natural mais dura quer dizer que ele risca todas as outras substâncias naturais, mas não é riscado por elas. Há pessoas que acham que o diamante é resistente a impactos como, por exemplo, uma martelada. Isso não é verdade. Se dermos uma violenta martelada num diamante, ele será totalmente despedaçado.

Imagem do livro tito e canto moderna plus

Créditos da imagem: Livro Química Tito e Canto - Vol. 1 Moderna Plus.

Alótropos do carbono que não existem na natureza já foram produzidos em laboratório. São os fulerenos, formada por estruturas ocas, em forma de bola de futebol, com 60 átomos de carbono ligados entre si. Essa estrutura esférica recebeu a sigla C₆₀ e o nome fulereno-60. Depois descobriram-se novos fulerenos, com 32, 44, 50... 540 e 960 átomos de carbono. Sendo assim, pode-se dizer que o carbono tem muitas formas alotrópicas.

Os nanotubos de carbono são cilindros formados por átomos de carbono que possuem extraordinárias propriedades mecânicas, elétricas e térmicas. A estrutura mais simples de um nanotubo NTC (CNT, do inglês carbon nanotube) pode ser imaginada como resultado da própria estrutura da grafite (que é plana) “enrolada” de modo a formar um tubo extremamente pequeno. É importante lembrar que todos os nanotubos são duros e resistentes.

Os nanotubos de carbono podem ser classificados como condutores ou semicondutores, o último caso ocorre quando o padrão dos anéis hexagonais em um nanotubo é deformado. Se o nanotubo de carbono for condutor, ele poderá transmitir a eletricidade de uma forma até 1000 vezes mais eficiente que os fio de cobre. Já os semicondutores podem ser usados em circuitos eletrônicos refinados graças às suas dimensões que são muito reduzidas, podendo ser utilizados em nanoprocessadores para substituir os chips de silício atuais.

O Grafeno é um alótropo do carbono que foi descoberto recentemente e o que mais recebeu destaque nos últimos tempos, isso porque ele já é conhecido como um dos elementos que vão revolucionar a indústria tecnológica como um todo devido a sua resistência, leveza, transparência e flexibilidade, além de ser um ótimo condutor de eletricidade.
O grafeno trate-se, basicamente, de um filete único das camadas sobrepostas do grafite.

| Leia mais sobre o Grafeno.

| Enxofre rômbico e enxofre monoclínico
O elemento enxofre (S) forma duas variedades alotrópicas: o enxofre rômbico e o enxofre monoclínico. Essas duas variedades são formadas por moléculas com oito átomos (octatômicas) e podem ser representadas pela fórmula S₈.
Embora os cristais das duas variedades alotrópicas sejam diferentes, ambos são formados por anéis com oito átomos interligados que se diferem pelo seu arranjo e forma.