LA MAGIA DEL CARBONO.

Pilar González García, Mª Ángeles Rueda Garrido, Salima Taleb, Lorena Valentín Aragón
INTRODUCCIÓN
El carbono es un elemento notable por varias razones. Su estructura cristalina es hexagonal, perteneciendo al grupo 14 de la tabla periódica y con configuración electrónica [He]
2s2 2p2. Es de masa atómica 12.011, sus números de oxidación son +-2 y +-4, su electronegatividad de 2,5, punto de fusión 3727ºC y su punto de ebullición 4230ºC.
Es sólido a temperatura ambiente. Dependiendo de las condiciones de formación, puede encontrarse en la naturaleza en distintas formas alotrópicas.
¿Qué es una forma alotrópica?
Alotropía en química es la propiedad que poseen determinados elementos químicos de presentarse bajo estructuras moleculares diferentes. Las propiedades alotrópicas se
presentan en elementos que tienen una misma composición, pero aspectos diferentes; por lo tanto, la propiedad debe observarse en el mismo estado de agregación de la
materia y es característico del estado sólido. Para que a un elemento se le pueda denominar alótropo, sus diferentes estructuras moleculares deben presentarse en el mismo
estado físico.
Las formas alotrópicas del Carbono incluyen, sorprendentemente, una de las sustancias más blandas (el grafito) y la más dura (el diamante) y, desde el punto de vista
económico, es de los materiales más baratos (carbón) y uno de los más caros (diamante). La última forma alotrópica del carbono a unirse a la lista ha sido el grafeno.
1) GRAFITO
Es de color negro con brillo metálico, refractario y se
exfolia con facilidad.
Debido a la deslocalización de los electrones del orbital
Π, el grafito es conductor de la electricidad, propiedad
que permite su uso en procesos de electroerosión.
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.
El enlace covalente entre los átomos de una capa es
extremadamente fuerte, sin embargo las uniones entre
las diferentes capas se realizan por fuerzas de Van der
Waals e interacciones entre los orbitales Π, y son
mucho más débiles.
4) NANOTUBOS
Presentan importantes propiedades eléctricas.
Pueden comportarse tanto como semiconductores
hasta
presentar,
en
algunos
casos,
superconductividad,
debido
a
razones
fundamentalmente geométricas.
La estabilidad y robustez de los enlaces entre los
átomos de carbono, del tipo sp2, les proporciona la
capacidad de ser la fibra más resistente que se
puede fabricar hoy día. Por otro lado, son capaces
de deformarse notablemente y mantenerse en un
régimen elástico.
Tienen una gran conductividad térmica y son
enormemente estables térmicamente.
2) DIAMANTE
A muy altas presiones, el carbono adopta la forma
del diamante con hibridación sp3. El diamante está
constituido por una red de átomos de carbono unidos
entre sí por enlaces de tipo sigma, σ. Los átomos de
carbono presentan geometría tetraédrica. Cada carbono
de estos vértices es, a su vez, el átomo central de otro
tetraedro.
Se puede romper un diamante golpeándolo con un
martillo normal. El diamante tiene un plano de fractura y
de ahí que sea más frágil en algunas orientaciones que en
otras.
El diamante tiene una dureza de 10 (la máxima dureza) en
la escala de Mohs de dureza de minerales.
Algunos diamantes azules son semiconductores
naturales, en contraste a la mayoría de otros diamantes,
que son excelentes aislantes eléctricos.
5)GRAFENO
Algunas de las características del grafeno son: alta
conductividad térmica y eléctrica, alta elasticidad, alta
dureza, alta resistencia, flexibilidad, es capaz de generar
electricidad por exposición a la luz solar, es transparente
y muy denso. Otras características en discusión son la
capacidad de auto-enfriamiento y la de auto-reparación.
Sus aplicaciones más interesantes son: destilación de
etanol a temperatura ambiente para combustible y
consumo humano, circuitos integrados más rápidos y
eficientes, dispositivos electro crónicos, células solares y
aplicaciones antibacterianas.
Su condición bidimensional hace casi imposible obtenerlo
de forma estable en la naturaleza y por ello se deben
emplear técnicas específicas.
3) FULLERENOS
Cada átomo de carbono está enlazado a otros
tres, es decir, posee un estado de hibridación sp2
y toda la molécula es aromática. A pesar de ello, la
estructura obviamente no es plana, sino que los 3
enlaces de cada carbono se desvían hacia un
mismo lado. Como consecuencia, existe una
tensión, pero la elevada simetría la distribuye por
igual sobre toda la estructura. La forma cerrada y
altamente simétrica de los fullerenos tiene como
consecuencia que sean
estructuras de gran
resistencia física: bajo presiones extremas –como
3.000 atm– se deforman, pero regresan a su
estructura inicial al relajar la presión.
Suelen formar un hollín, polvo negro muy fino,
pero también cristalizan formando fullerita.
Finalmente, aunque no en agua, pueden
solubilizarse en disolventes como benceno,
tolueno y cloroformo.
Debido a las uniones intermoleculares débiles
mediante fuerzas de Van der Waals, el hollín de
fullerenos posee propiedades lubricantes .