Mostra la font per a Al·lotropia

[[Fitxer:Diamond and graphite.jpg|miniatura|El [[diamant]] i el [[Grafit (mineral)|grafit]] són dos al·lòtrops del [[carboni]], dues formes d'un [[element químic]] pur que difereix en la seva estructura cristal·lina.]]
L{{'}}'''al·lotropia''' és la facultat que tenen certs [[Element químic|elements químics]] d'existir en dues o més formes en el mateix estat físic amb propietats físiques diferents i, en general, per algunes de llurs propietats químiques. Aquestes formes diferents són conegudes com a '''al·lòtrops'''.

Quan l’al·lotropia es manifesta només en estat sòlid, és un fenomen d’estructura originat per la diferent disposició dels àtoms en el cristall (cas del carboni en el [[diamant]], [[grafit]] i [[grafè]]). Si es manifesta també en l'estat líquid i, sobretot, en el gasós, és motivada per l'existència d’espècies de diferent atomicitat, i les propietats químiques poden diferir aleshores notablement (cas de l'[[oxigen]] O₂ i de l'[[ozó]] O₃). Els al·lòtrops d’un mateix element són designats habitualment de maneres molt diverses (amb noms distints, mitjançant adjectius, etc.). La [[Unió Internacional de Química Pura i Aplicada]] (IUPAC) recomana, per als noms sistemàtics d’indicar les diferències d’atomicitat amb prefixos numerals, precedits eventualment dels prefixos ''ciclo'' o ''catena'' si cal precisar l'estructura molecular (trioxigen designa O₃, ciclooctasofre S₈, etc.) Si només l'estructura cristal·lina difereix, n'hi ha prou amb esmentar-la tal com ho fa en els altres casos de polimorfisme.<ref name=:1>{{GEC|0157627}}</ref>

== Història ==
El terme «al·lotropia» està format a partir dels mots grecs ἀλλο- ''allo-'' 'altre, diferent' ''i'' τρόπος ''trópos'' 'mutació, canvi' i acabat amb el sufix ''-ía.''<ref>{{GDLC|Al·lòtrop|id=0006395}}</ref> És un concepte que fou introduït pel químic suec [[Jöns Jacob Berzelius]] (1779-1948) el 1841 en el transcurs d'una revisió de l'obra del físic alemany, Moritz Frankenheim, sobre la transició entre les formes vermella i groga del [[iodur de mercuri(II)]] i les formes monoclíniques i ròmbiques de sofre.<ref>{{Ref-publicació|article=Unterscheidung der Isomerie von analogen Zuständen|url=http://dx.doi.org/10.1002/andp.18321021012|publicació=Annalen der Physik und Chemie|data=1832|issn=0003-3804|pàgines=320–322|volum=102|exemplar=10|doi=10.1002/andp.18321021012|nom=J. J.|cognom=Berzelius}}</ref><ref>Vegeu:
* {{cite book |last1=Berzelius |first1=Jac. |title=Årsberättelse om Framstegen i Fysik och Kemi afgifven den 31 Mars 1840. Första delen. |trans-title=Informe anual sobre els progressos en Física i Química presentat el 31 de març de 1840. Primera part. |date=1841 |publisher=P.A. Norstedt & Söner |location=Estocolmo, Suecia |page=14 |url=https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id=nyp.33433009789326&view=1up&seq=176 |language=Suec}}  De la p. 14: ''"Om det ock passar väl för att uttrycka förhållandet emellan myrsyrad ethyloxid och ättiksyrad methyloxid, så är det icke passande för de olika tillstånd hos de enkla kropparne, hvari dessa blifva af skiljaktiga egenskaper, och torde för dem böra ersättas af en bättre vald benämning, t. ex. ''Allotropi'' (af ''αλλότροπος'', som betyder: af olika beskaffenhet) eller ''allotropiskt tillstånd''."' (Si [i.e., la paraula ''isòmer''] també és adequada per expressar la relació entre l'òxid d'etil de l'àcid fòrmic [és a dir, el formiat d'etil] i el metilòxid de l'àcid acètic [és a dir, l'acetat de metil], llavors [és a dir, la paraula ''isòmers''] no és adequada per a diferents condicions de substàncies simples, en les quals aquestes [substàncies] es transformen per tenir propietats diferents, i [per tant la paraula ''isòmers''] hauria de substituir-se, si escau, per un nom millor triat; per exemple, ''Al·lotropia'' (de ''αλλότροπος'', que significa: de naturalesa diferent o condició al·lotròpica'').
* Reeditat en alemany: {{cite journal |last1=Berzelius |first1=Jacob |last2=Wöhler |first2=F., trans. |title=Jahres-Bericht über die Fortschritte der physischen Wissenschaften |journal=Jahres Bericht Über die Fortschritte der Physischen Wissenschaften |trans-title=Informe anual sobre el progreso de las ciencias físicas |date=1841 |publisher=Laupp'schen Buchhandlung |location=Tübingen, (Alemania) |volume=20 |page=13 |url=https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id=umn.31951d000120766&view=1up&seq=189 |language=alemán}}  De la p. 13: ''"Si bé és cert que la diferència entre l'òxid d'etil àcid fòrmic i l'òxid de metil àcid acètic, no és acceptable per a condicions úniques dels éssers humans, en què aquests tenen característiques diferents, i per això cal utilitzar una alimentació més equilibrada, per exemple, mitjançant l'al·lotropina. B. durch ''Allotropie'' (von ''αλλότροπος'', welches bedeutet: von ungleicher Beschaffenheit), oder durch ''allotropischen Zustand''."' (Fins i tot si [i.e., la paraula ''isòmer''] segueix sent adequada per expressar la relació entre el formiat d'etil i l'acetat de metil, llavors no és apropiada per a les condicions diferents en el cas de substàncies en què aquestes [substàncies] assumeixen propietats diferents, i per a aquestes, [la paraula ''isòmer''] pot ser substituïda per una designació millor triada, per exemple, amb ''Al·lotropia'' (de ''αλλότροπος'', que significa: de caràcter diferent o amb ''condició al·lotròpica'').
* Diccionari Merriam-Webster en línia: [https://www.merriam-webster.com/dictionary/allotropy Al·lotropia]</ref><ref name=Jensen>{{citation | last = Jensen | first = W. B. |author1-link=William B. Jensen | title = El origen del término alótropo | journal = J. Chem. Educ. | año = 2006 | volumen = 83 | número = 6 | páginas = 838-39 |bibcode = 2006JChEd..83..838J }}.</ref> El terme es deriva de la [[llengua grega|paraula grega]] ''άλλοτροπἱα'' al·lotropia, variabilitat, mutabilitat.<ref>{{Citation |title = A New English Dictionary on Historical Principles | issue = 1 | editorial = Oxford University Press | year = 1888 | page = 238}}</ref> Frankenheim havia descrit aquestes transformacions com a exemples d[[Isomeria|’isomeria]], un terme que s'havia introduït feia uns anys per Berzelius per descriure substàncies que tenen idèntiques composicions, però propietats diferents.<ref name=:0>{{Ref-publicació|article=The Origin of the Term Allotrope|url=https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ed083p838|publicació=Journal of Chemical Education|data=2006-06|issn=0021-9584|pàgines=838|volum=83|exemplar=6|doi=10.1021/ed083p838|llengua=en|nom=William B.|cognom=Jensen}}</ref>

Com observà l'alemany [[Julius Lothar Meyer]] (1830-1895) el 1888, amb l'acceptació de la [[Llei d'Avogadro|hipòtesi d’Avogadro]] i la idea que els elements poden formen molècules poliatòmiques, és evident que les causes subjacents de l’al·lotropia tradicional en el cas dels elements i la isomeria i el polimerisme tradicionals en el cas dels compostos són un mateix fenomen. Meyer considerava que ha d'abandonar-se l'ús restringit tradicional del terme al·lòtrop (només elements) i s'ha d'acceptar l'ús ampliat que es troba a la literatura més antiga. El primer que ho defensà fou l'alemany [[Wilhelm Ostwald]] (1853-1932) el 1912 pel que fa al fenomen del polimorfisme, quan ell assenyalà que "realment no hi ha cap raó per fer aquesta distinció [entre polimorfisme i al·lotropisme], i és preferible deixar desaparèixer el segon nom menys comú". Tanmateix l'ús restringit del terme al·lotropia (només per a elements) és encara avalat per la [[IUPAC]] i encara s'utilitza a la majoria de llibres de text de química.<ref name=:0/>

== Tipus ==
El pas d’un al·lòtrop a un altre no sempre és possible directament (cal, per exemple, canviar d’estat o fornir energia altra que la tèrmica). Segons la manera com té lloc la transició entre els al·lòtrops, l’al·lotropia és enantiotròpica, monotròpica o dinàmica. (Alguns casos com el de l’oxigen, no entren en cap d’aquestes categories).

=== Al·lotropia enantiotròpica ===
[[Fitxer:Zinn 9eng.jpg|miniatura|Formes α i β de l'estany]]
En l'al·lotropia enantiotròpica, o enantiotropia, la transició entre dos al·lòtrops és reversible: L'equilibri és monovariant i es desplaça segons el [[Principi de Le Châtelier|principi de Le Chatelier]]; a cada valor de la pressió correspon una temperatura de transició, per sobre o per sota la qual només una forma és estable. Un exemple és el cas de l'[[Estany (element)|estany]] que es presenta en tres formes (α, β i γ), les quals temperatures de transició:<ref>{{Ref-llibre|edició=Third edition|títol=Comparative inorganic chemistry|url=https://www.worldcat.org/oclc/896845656|data=1991|lloc=Nova York|isbn=978-1-4832-8008-0|nom=B. J.|cognom=Moody}}</ref>

<chem display="block">\alpha-Sn ->[286,4 K] \beta-Sn ->[434,2 K] \gamma-Sn ->[505,2 K] Sn(l)</chem>

Aquestes fases presenten diferències en les seves propietats físiques i químiques. Així, la forma α, coneguda com a «estany gris» o «pesta de l'estany» és la responsable de fer trencadisses les peces d'estany, per exemple els tubs dels òrguens. La forma β s'anomena «estany blanc» i no és trencadís.

=== Al·lotropia monotròpica ===
<div style="float:right;margin-right:10px;margin-bottom:10px;margin-top:10px;text-align:center"><gallery>
Fitxer:Phosphorus2.jpg|[[Fòsfor blanc]]
Fitxer:Phosphorus1.jpg|[[Fòsfor vermell]]
</gallery>
</div>

En l'al·lotropia monotròpica, un dels al·lòtrops és inestable a totes les temperatures i, per tant, la transició és irreversible. L'estable es fon abans d’atènyer la temperatura de transició. És el cas del [[fòsfor blanc]] i el [[Fòsfor vermell|vermell]], ja que només el fòsfor vermell és estable i el canvi de la forma inestable (fòsfor blanc) a la forma estable és irreversible.<ref>{{Ref-web|títol=Definition of MONOTROPY|url=https://www.merriam-webster.com/dictionary/monotropy|consulta=2021-08-23|llengua=en}}</ref> L’al·lòtrop inestable ha de ser obtingut fent cristal·litzar el líquid sobrefós o passant per la fase vapor.<ref name=:1/>

=== Al·lotropia dinàmica ===
L'al·lotropia dinàmica correspon al cas de solubilitat mútua dels al·lòtrops, que formem una fase homogènia. Hi ha reversibilitat, però cap punt de transició definit, ja que el sistema és divariant i les proporcions dels al·lòtrops depenen de la temperatura. Per exemple el sofre quan es fon dona lloc a un líquid de color groc pàl·lid, s'anomena forma λ. Si es deixa refredar pren coloració cada vegada més fosca i el líquid també torna més viscós, és la forma μ. Aquest són els dos al·lòtrops del sofre líquid que es troben en equilibri.<ref>{{Ref-llibre|títol=Advanced inorganic chemistry|url=https://www.worldcat.org/oclc/703349527|editorial=S. Chand & Company Ltd|data=1945-|lloc=New Delhi|isbn=978-81-219-0263-2}}</ref>

== Llista d'al·lòtrops ==
;[[No metall]]és i [[metal·loide|metal·loides]]
{{Columnes}}
* [[Carboni]]
* [[Oxigen]]
* [[Nitrogen]]
{{Nova columna}}
* [[Fòsfor]]
* [[Sofre]]
* [[Seleni]]
{{Nova columna}}
* [[Germani]]
* [[Silici]]
* [[Arsènic]]
{{Nova columna}}
* [[Antimoni]]
* [[Estany (element)|Estany]]
{{Final columnes}}
;Metals
Entre els elements metàl·lics d'origen natural (fins a U, sense Tc i Pm), 28 estan en condicions d'ambient de pressió al·lotròpics: Li, Be, Na, Ca, Sr, Ti, Mn, Fe, Co, I, Zr, Sn, La, Ce, Pr, Nd, (Pm), Sm, Gd, Tb, Dy, Yb, Hf, Tl, Po, Th, Pa, U. Considerant només la tecnologia pertinent, sis metalls són al·lòtrops:
{{Columnes}}
* Tu ([[titani]]) a 833 °C
* Fe ([[ferro]]) a 912 °C i 1&394 °C
* Co ([[cobalt]]) a 427 °C
{{Nova columna}}
* Zr ([[zirconi]]) a 863 °C
* Sn ([[Estany (element)|estany]]) a 13 °C
* U ([[urani]]) a 668 °C i 776 °C
{{Final columnes}}

== Diferències a les propietats dels al·lòtrops d'un element ==
Els al·lòtrops són diferents formes estructurals d'un mateix element i poden presentar propietats físiques i comportaments químics força diferents. El canvi entre formes al·lotròpiques és provocat per les mateixes forces que afecten altres estructures, és a dir, [[pressió]], [[fotoquímica|llum]] i [[temperatura]]. Per tant, l'estabilitat dels al·lòtrops concrets depèn de condicions particulars. Per exemple, el [[ferro]] canvia d'una estructura [[Sistema cristal·lí cúbic]] ([[Alòtrops del ferro|ferrita]]) a una estructura [[Sistema cristal·lí cúbic|cúbica centrada a la cara]] ([[austenita]]) per sobre de 906 °C, i l'[[Estany (element)|estany]] pateix una modificació coneguda com a [[pesta de l'estany]], passant d'una forma [[Metall|metàl·lica]] a una forma [[semiconductor]]a per sota de 13,2 °C. Com a exemple d'al·lòtrops amb diferent comportament químic, l'ozó (O<sub>3</sub>) és un agent oxidant molt més potent que el dioxigen (O<sub>2</sub>).

== Estructures al·lotròpiques ==
Entre les estructures al·lotròpiques comunes tenim les del sofre.

Aquest [[no metall]] té un color groc, marró o ataronjat. És tou, fràgil, lleuger, desprèn una olor característica a ou podrit en combinar-se amb [[hidrogen]] i crema amb [[Flama (química)|flama]] de color blau, desprenent [[diòxid de sofre]]. És insoluble en aigua però es dissol en disulfur de carboni. És multivalent, i són comuns els [[Estat d'oxidació|estats d'oxidació]] -2, +2, +4 i +6. En tots els estats (sòlid, líquid i gasós) presenta formes al·lotròpiques les relacions de les quals no són completament conegudes. Les seves estructures al·lotròpiques comunes són:

* '''Sofre ròmbic''':<ref>{{Cita libro|apellidos=Teijón|nombre=José María|título=Química: Teoría y problemas|url=https://books.google.es/books?id=Btuo9XPGrOUC&pg=PA220&dq=Azufre+r%C3%B3mbico+alotr%C3%B3pica&hl=es&sa=X&ved=0ahUKEwi63ta_0P3YAhUDXBQKHVzOBSoQ6AEIMTAC#v=onepage&q=Azufre%20r%C3%B3mbico%20alotr%C3%B3pica&f=false|fechaacceso=29 de enero de 2018|fecha=1996|editorial=Editorial Tebar|isbn=9788473601559|idioma=es|apellidos2=Pérez|nombre2=José Antonio García}}</ref> És conegut de la mateixa manera com sofre α. Es troba de la transformació estable de l'[[element químic]] per sota dels 95.5 °C (204 °F, el punt de transició), i la major part de les altres formes es reverteixen a aquesta modificació si se les deixa romandre per sota aquesta temperatura. El sofre ròmbic posseeix un color groc llimona, insoluble en aigua, lleument soluble en [[alcohol etílic]], [[èter dietílic]] i [[benzè]], i és molt soluble en disulfur de carboni. Posseeix una densitat de 2.07 g/cm³(1.19 [[Unça (unitat de massa)|oz]]/in<sup>3</sup>), una duresa de 2.5 a l'[[escala de Mohs]] i la [[fórmula molecular]] que presenta és S<sub>8</sub>.

* '''Sofre [[monoclínic]]''': També és anomenat sofre prismàtic o sofre β.

* '''Sofre fos''': Es cristal·litza en prismes amb forma d'agulles que són gairebé incolores. Posseeix una densitat d'1.96 [[Gram|g]]/cm³(1.13 [[Unça (unitat de massa)|oz]]/in<sup>3</sup>), un punt de fusió de 119.0 °C i la fórmula molecular que ostenta és S<sub>8</sub>.

* '''Sofre plàstic''': Anomenat també sofre gamma. Es produeix quan el sofre fos al punt d'ebullició normal oa prop seu, és refredat a l'estat sòlid. Aquesta forma és amorfa i és només parcialment soluble en [[disulfur de carboni]].

* '''Sofre líquid''': Posseeix la propietat notable d'augmentar la seva viscositat si puja la temperatura. El seu color canvia a negre vermellós fosc quan la seva viscositat augmenta, i l'enfosquiment del color i la [[viscositat]] aconsegueixen el seu màxim a 200 °C. Per sobre aquesta temperatura, el color s'aclareix i la viscositat disminueix.

Al punt normal d'ebullició de l'element químic (444.60 °C) el Sofre gasós presenta un color groc taronja. Quan la temperatura augmenta, el color es torna vermell profund i després s'aclareix, aproximadament a 650 °C, i adquireix un color groc palla.

== Nanoalòtrops ==
El 2017, el concepte de nanoalotropia va ser proposat pel professor Rafal Klajn, del Departament de Química Orgànica de l'[[Institut Weizmann de Ciències]].<ref name=": 0">{{Cite journal|last1=Udayabhaskararao|first1=Thumu|last2=Altantzis|first2=Thomas|last3=Houben|first3=Lothar|last4=Coronado-Puchau|first4=Marc|last5=Langer|first5=Judith|last6=Popovitz-Biro|first6=Ronit|last7=Liz-Marzán|first7=Luis M. |last8=Vuković|first8=Lela|last9=Král|first9=Petr|date=2017-10-27|title=Nanoalótropos porosos sintonizables preparados mediante grabado posterior al montaje de superredes de nanopartículas binarias|journal=Science|language=es|volume=358|issue=6362|pages=514-518|issn=0036-8075|pmid=29074773|bibcode=2017Sci...358..514U}}</ref> Els nanoalòtrops, o al·lòtrops de nanomaterials, són materials nanoporosos que tenen la mateixa composició química (per exemple, Au), però difereixen en la seva arquitectura a escala nanomètrica (és a dir, en una escala de 10 a 100 vegades les dimensions dels àtoms individuals ).<ref name=":1_1">{{Cite web|url=http://israelbds.org/materials-that-dont-exist-in-nature-might-lead-to-new-fabrication-techniques/|title=Materiales que no existen en la naturaleza podrían conducir a nuevas técnicas de fabricación|website=israelbds.org|language=es-ES|access-date=2017-12-08|archive-url=https://web.archive.org/web/20171209152005/http://israelbds./|archive-date=9 de diciembre de 2017|deadurl=yes}}</ref> Aquests nanoalòtrops podrien ajudar a crear dispositius electrònics ultrapetits i trobar altres aplicacions industrials.<ref name=":1_1" /> Les diferents arquitectures a nanoescala es tradueixen en diferents propietats, com es va demostrar a la [[dispersió Raman millorada en superfície]] realitzada en diversos nanoalòtrops d'or diferents.<ref name=":0" /> També es va crear un mètode de dos passos per generar nanoalòtrops.<ref name=":1_1" />

== Referències ==
{{Referències}}

== Vegeu també ==
{{Commonscat}}
* [[Polimorfisme (ciència material)|Polimorfisme]]

{{Autoritat}}

{{ORDENA:Allotropia}}
[[Categoria:Propietats químiques]]