EL CARBONO
El carbono es un
elemento químico de
número atómico 6 y símbolo C. Como miembro del
grupo de los carbonoideos
de la tabla periodica de los elementos.
Es solido
a temperatura ambiente. Dependiendo de las condiciones de formación, puede
encontrarse en la naturaleza en distintas formas alotropicas
,
carbono amorfo y cristalino en forma de grafito
o diamante
respectivamente. Es el pilar básico de la quimica organica
; se conocen cerca de 16
millones de compuesto del carbono
, aumentando este número
en unos 500.000 compuestos por año, y forma parte de todos los seres vivos conocidos.
Forma el 0,2 % de la corteza terrestre.
Características
El carbono es un elemento notable por varias razones. Sus formas alotrópicas
incluyen, sorprendentemente, una de las sustancias más blandas (el grafito) y
una de las más duras (el diamante) y, desde el punto de vista económico, es de
los materiales más baratos (carbón) y uno de los más caros (diamante). Más aún,
presenta una gran afinidad para enlazarse químicamente con otros átomos
pequeños, incluyendo otros átomos de carbono con los que puede formar largas
cadenas, y su pequeño radio atómico le permite formar enlaces múltiples. Así,
con el oxígeno forma el dióxido de carbono, vital para el crecimiento de las plantas
(ver ciclo del carbono); con el hidrógeno forma numerosos compuestos
denominados genéricamente hidrocarburos, esenciales para la industria y el
transporte en la forma de combustibles fósiles; y combinado con oxígeno e
hidrógeno forma gran variedad de compuestos como, por ejemplo, los ácidos
grasos, esenciales para la vida, y los ésteres que dan sabor a las frutas;
además es vector, a través del ciclo carbono-nitrógeno, de parte de la energía
producida por el Sol.
Estados alotrópicos
Se conocen cinco formas alotrópicas del carbono, además del amorfo: grafito,
diamante, fullerenos, nanotubos y carbinos.
Una de las formas en las cuales se encuentra el carbono es el grafito, que
es el material del cual está hecha la parte interior de los lápices de madera.
El grafito tiene exactamente los mismos átomos del diamante, pero por estar
dispuestos en diferente forma, su textura, fuerza y color son diferentes. Los
diamantes naturales se forman en lugares donde el carbono ha sido sometido a
grandes presiones y altas temperaturas. Los diamantes se pueden crear
artificialmente, sometiendo el grafito a temperaturas y presiones muy altas. Su
precio es menor al de los diamantes naturales, pero si se han elaborado
adecuadamente tienen la misma fuerza, color y transparencia.
La forma amorfa es esencialmente grafito, pero no llega a adoptar una
estructura cristalina macroscópica. Esta es la forma presente en la mayoría de
los carbones y en el hollín.
A presión normal, el carbono adopta la forma del grafito, en la que cada
átomo está unido a otros tres en un plano compuesto de celdas hexagonales; este
estado se puede describir como 3 electrones de valencia en orbitales híbridos
planos sp² y el cuarto en el orbital
p.
Las dos formas de grafito conocidas alfa (hexagonal) y beta (romboédrica)
tienen propiedades físicas idénticas. Los grafitos naturales contienen más del
30 % de la forma beta, mientras que el grafito sintético contiene
únicamente la forma alfa. La forma alfa puede transformarse en beta mediante
procedimientos mecánicos, y esta recristalizar en forma alfa al calentarse por
encima de 1000 °C.
Debido a la deslocalización de los electrones del orbital pi, el grafito es conductor
de la electricidad, propiedad que permite su uso en procesos de electroerosión.
El material es blando y las diferentes capas, a menudo separadas por átomos
intercalados, se encuentran unidas por enlaces de Van de Waals, siendo
relativamente fácil que unas deslicen respecto de otras, lo que le da utilidad
como lubricante.
A muy altas presiones, el carbono adopta la forma del diamante, en el cual
cada átomo está unido a otros cuatro átomos de carbono, encontrándose los 4
electrones en orbitales sp³, como en los hidrocarburos. El diamante presenta la
misma estructura cúbica que el silicio y el germanio y, gracias a la
resistencia del enlace químico carbono-carbono, es, junto con el nitruro de
boro, la sustancia más dura conocida. La transición a grafito a temperatura
ambiente es tan lenta que es indetectable. Bajo ciertas condiciones, el carbono
cristaliza como lonsdaleíta, una forma similar al diamante pero hexagonal.
El orbital híbrido sp
1 que forma enlaces covalentes solo es de
interés en química, manifestándose en algunos compuestos, como por ejemplo el acetileno.
Los fullerenos tienen una estructura similar al grafito, pero el
empaquetamiento hexagonal se combina con pentágonos (y en ciertos casos,
heptágonos), lo que curva los planos y permite la aparición de estructuras de
forma esférica, elipsoidal o cilíndrica. El constituido por 60 átomos de
carbono, que presenta una estructura tridimensional y geometría similar a un
balón de fútbol, es especialmente estable. Los fulerenos en general, y los
derivados del C
60 en particular, son objeto de intensa investigación
en química desde su descubrimiento a mediados de los 1980.
A esta familia pertenecen también los nanotubos de carbono, que pueden
describirse como capas de grafito enrolladas en forma cilíndrica y rematada en
sus extremos por hemiesferas (fulerenos), y que constituyen uno de los primeros
productos industriales de la nanotecnología.
Fuentes bibliograficas
https://es.wikipedia.org
