domingo, 2 de diciembre de 2012

Alotropía y una de Napoleón

La alotropía es la propiedad que tienen algunos elementos químicos de presentar aspectos distintos en función de las condiciones. Seguro que muchos recordáis el típico ejemplo del carbono, que se puede presentar en varias formas, las más conocidas son el grafito y el diamante.
Grafito
Diamante


Estructura del grafito
Claro, que diferentes propiedades deben ser consecuencia de una distinta disposición de los átomos del elemento en cuestión. En el caso del grafito, los átomos presentan una disposición en capas formadas por anillos hexagonales en los que los átomos de carbono están unidos a otros dos a una distancia de 0,14 nm, mientras que las capas están casi al doble de esa distancia, 0,34 nm. A partir de esta estructura,  se pueden comprender algunas de las propiedades del grafito. Por ejemplo, el grafito es una sustancia fácilmente exfoliable, como se puede deducir de las enormes distancias interplanares.

Red cristalina del diamante
En el otro extremo está el diamante, en cuya estructura cada átomo de carbono está unido a otros tres a una distancia de 0,15 nm. El resultado es una enorme red en la que cada átomo está unido a los otros tres átomos con una gran energía de enlace. Es fácil entonces entender que el diamente sea uno de los minerales más duros que existen.

De modo que la diferencia entre los carísimos diamantes y la vulgar mina de un lápiz es "sólo" cuestión de orden. Claro, que esto ya nos lo recordó Sheldon Cooper en un capítulo de The Big Bang Theory.


video



Otro elemento que presenta interesantes formas alotrópicas es el estaño, metal de número atómico 50 y que hoy día tiene importantes aplicaciones como integrante de aleaciones, en la industria cerámica, en la del vidrio, en la fabricación de latas de bebidas ... 
El estaño tal y como lo conoceréis la mayoría es un metal muy maleable; éste es el estaño beta. Sin embargo, por debajo de los 13,2 ºC se convierte en estaño alfa, un sólido poroso y muy frágil. He encontrado un vídeo muy chulo que ilustra la transición estaño beta - estaño alfa, también conocida como "peste del estaño":




Como puedes observar en el vídeo, este fenómeno transforma el metal, queda hecho un asco y deja de ser útil para lo que fue diseñado, ya que el estaño gris tiene unas propiedades muy diferentes de las del estaño beta. Y esta brutal transformación es tan sólo reflejo de una reordenación de los átomos del metal. De hecho, corre la leyenda que Napoleón tuvo que retirarse de su campaña rusa por culpa de la formación de estaño gris durante el frío invierno de 1812. Parece que los soldados del ejercito de Napoleón vestían uniformes con botones de estaño y que con la formación del estaño alfa los botones de sus chaquetas y pantalones quedaron inutilizados, dejando a los soldados de Napoleón expuestos al frío de la estepa rusa y sometidos a la fatal tiranía de la hipotermia. 


Esta entrada participa en la XIX edición del Carnaval de Química organizado por
 @scariosHR en su blog LEET ME Explain.







6 comentarios:

Jordiet dijo...

Me ha llamado mucho la atención lo de la peste del estaño por sus implicaciones en la electrónica de consumo. Según he leído, se trata de una reacción que se autocataliza y que aunque ocurre ténuemente a partir de los 13,2ºC, tiene su mayor esplendor por debajo de los -30ºC.

Es muy importante y se me antojan dudas a la hora de pensar en las soldaduras de los dispositivos electrónicos que usamos a diario y muchas veces por debajo de esos 13,2ºC, como los teléfonos móviles. Supongo que el hecho de que la reacción no sea más que ligera a esas temperaturas hace que no se "pudran" todas las soldaduras...

Pero, ¿qué ocurre con los dispositivos que deben trabajar por debajo de esos fatídicos -30ºC? Hablo de sondas espaciales, o sin irnos tan lejos a dispositivos como GPS que se usen en misiones de exploración en los polos. ¿Usan un tipo distinto de soldadura?, ¿o un aislamiento con cámara que ayuda a frenar el descenso de la misma?, ¿o ambas a la vez?, ¿soldaduras con plomo?...

Luis dijo...

Buenas preguntas, Jordiet, de las que no sé si estoy seguro de las respuestas. Podría ser un buen punto de partida para una próxima entrada, ¿no? ;-)

Jordiet dijo...

Me lo apunto :-)

Ununcuadio Uuq dijo...

Muy interesante y bien explicado! Me quedo con una duda: lo "poco" que recuerdo de cristalografía era que el orden cristalino no está relacionado con la propiedad de transparencia... Quizá sería interesante hablar de que los diamantes hay que pulirlos para joyería, etc.

Luis dijo...

Hummm ... muy interesantes tus preguntas.

Es cierto que el orden cristalino no está directamente relacionado con la transparencia, sin embargo en el caso del carbono el orden cristalino supone estructuras electrónicas diferentes. En el diamante, tenemos fuertes enlaces que podemos describir a partir de la hibridación sp3, lo que nos permite entender que los electrones que ocupen estos orbitales enlazantes estarán poco sometidos a transiciones electrónicas por efecto de la poco energética luz visible. Por tanto, "dejarán pasar" la luz visible, y el diamante será transparente.

En el caso del grafito, la hibridación es sp2 y queda un electrón perpendicular al plano trigonal que es mucho menos profundo que los tres electrones de los orbitales enlazantes sp2. Este electrón, al ser "menos profundo", es más susceptible de interactuar con la luz visible.

En cuanto a lo del pulido de diamantes, imagino que se realiza para obtener aristas más "limpias" y para conseguir la birrefrigencia que produce esos brillos tan característicos.

Gracias por dejar un comentario y bienvenida, Ununcuadio. :D

Ununcuadio Uuq dijo...

Muchas gracias por tus respuestas! :)

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