Alotropia

Alotropia e polimorfismo

Muitos elementos e compostos existem em mais de uma forma cristalina, em diferentes condições de temperatura e pressão. Este fenômeno é designado por polimorfismo ou alotropia. Quando o sólido é uma substância composta a denominação é polimorfismo e, portanto, alotropia é a mudança de estrutura cristalina para um elemento puro. Estas mudanças de estrutura geralmente ocorrem em função de variações de temperatura e pressão.
À pressão atmosférica, muitos metais com importância industrial, tais como o ferro, o titânio e o cobalto, sofrem transformações alotrópicas a temperaturas elevadas.

Formas cristalinas alotrópicas do ferro, em função da temperatura, à pressão atmosférica.

Na temperatura ambiente, o ferro puro apresenta estrutura cristalina cúbica de corpo centrado (CCC), denominada ferrita alfa (α).
A estrutura CCC do ferro (ferrita α) é estável até 912°C. Nesta temperatura a estrutura CCC sofre uma transformação alotrópica para a estrutura cúbica de faces centradas (CFC), denominada ferro gama (γ) ou austenita.
A austenita (CFC) é estável entre 912 e 1394° C. Na temperatura de 1394°C ocorre uma nova transformação alotrópica na qual a estrutura CFC da austenita transforma-se novamente em CCC, denominada de ferrita delta (δ).
A ferrita delta (δ) CCC é estável até a temperatura de 1538°C, que é a temperatura de fusão do Fe puro.
Acima de 1538°C a estrutura cristalina CCC da ferrita δ torna-se amorfa, sem ordenação cristalina, caracterizando o estado líquido.
O ferro líquido (L) é estável até a temperatura de 2880°C, temperatura na qual este passa para fase vapor.
Desta característica do ferro decorre a possibilidade de alterar suas propriedades mediantes tratamentos térmicos (veremos adiante que a estrutura CCC tem menos direções compactas que a CFC; ou seja, ela é menos dúctil do que a estrutura CFC). Assim com o aquecimento, levando o ferro a (CCC) à ferro g (CFC) o mesmo torna-se mais maleável.