El elemento carbono
El carbono es uno de los elementos más conocidos de la tabla
periódica de los elementos. Dentro de dicha tabla, el carbono ocupa el lugar
número 6 y tiene una masa atómica de 12, además es representado por la letra C.
El carbono es un elemento sólido cuando se halla a
temperatura ambiente, aunque puede ser encontrado en la naturaleza en otras
formas, dependiendo de las condiciones de formación. Ha sido encontrado en
formas alotrópicas, tales como el caso del carbono amorfo y del cristalino, que
suele ser visto comúnmente como grafito y diamante.
Dentro de la química orgánica, el carbono es el pilar
principal y se conocen unos 16 millones de compuestos de carbono, aunque este
número aumenta en medio millón cada año. Además de esto, el carbono está
presente en todos los seres vivos conocidos y compone el 0,2% de la superficie
del planeta Tierra.
El carbono es sorprendente porque puede ser una material muy
blando y barato como el caso del grafito y también puede llegar a ser muy duro
y caro si se halla en forma de diamante. Si se enlaza con el oxígeno, el
carbono forma dióxido de carbono, el cual es vital para el desarrollo y
crecimiento de las plantas, y por ende es vital para el ser humano.
Número Atómico: 6
Masa Atómica: 12,0107
Número de protones/electrones: 6
Estructura electrónica: [He] 2s2 2p2
Electrones en los niveles de energía: 2, 4
Números de oxidación: -4, +2 (CO), +4
Electronegatividad: 2,55
Punto de Fusión (ºC): 3550 (diamante), 3527 (grafito)
Punto de Ebullición (ºC): 4827 (diamante) 4027(grafito)
Densidad (kg/m3): 2260 (grafito), 3513 (diamante)
Estructura cristalina: Hexagonal
Color: Puede ser negro.
Carbono
Amorfo :
El carbono amorfo es el carbono que no tiene una estructura
cristalina. A escala macroscópica, el carbono amorfo no tiene una estructura
definida, puesto que consiste en pequeños cristales irregulares, pero a escala
nano microscópica, puede verse que está hecho de átomos de carbono colocados
regularmente.
El carbono amorfo se
encuentra con distintos grados de pureza en el carbón de leña, el carbón, el
coque, el negro de carbono y el negro de humo. El negro de humo, al que a veces
se denomina de forma incorrecta negro de carbono, se obtiene quemando
hidrocarburos líquidos como el queroseno, con una cantidad de aire insuficiente,
produciendo una llama humeante. El humo u hollín se recoge en una cámara
separada. Durante mucho tiempo se utilizó el negro de humo como pigmento negro
en tintas ypinturas, pero ha sido sustituido por el negro de carbono, que está
compuesto por partículas más finas. El negro de carbono, llamado también negro
de gas, se obtiene por la combustión incompleta del gas natural y se utiliza
sobre todo como agente de relleno y de refuerzo en el caucho o hule.
Grafeno:
El grafeno es un miembro de una familia más amplia de
estructuras en las que los átomos de carbono se unen en láminas planas,
formando un panal de abejas hexagonal (con un átomo en cada vértice).
El grafeno tiene gran capacidad de autoenfriamiento, gran
conductor electrico y térmico, duro , flexible, ligero, muy resistente, muy
fino del espesor de un atomo de carbono, flexible y plegable,casi transparente
pero denso y aún así deja pasar el agua, tambien genera electricidad al ser
traspasado por la luz.
- Destila el alcohol.
- Fue descubierto al separar una capa del grafito con cinta
adhesiva.
- Fibra óptica más rápida.
- Es tan fino que tiene un espesor de un átomo.
Nanotubos:
Sus propiedades varian mucho segun su estructura,pueden tener
varias capas enrolladas o una sola, si
tiene una sola se comporta como un metal, y si tiene dos o mas se comporta como
un semiconductor.
Son buenos transportadores de la electricidad,
son las fibras mas fuertes que se conocen,muy duros (similares a los
diamantes), con una alta resistencia mecánica, conductividad térmicay una gran
flexibilidad, densidad baja.
Propiedad
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Propiedad
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Tamaño
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0.6 a 0.18 nm de diámetro.
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Capacidad conductora
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Densidad
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1.33 a 1.40 g/cm3
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Emisión de campo
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Fuerza tensil
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45 mil millones de pascales
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Transmisión de calor
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Resisiliencia
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Puede doblarse a grandes ángulos y vuelve a su
estado original sin daño
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Estabilidad térmica
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Lonsladeita:
La lonsdaleíta es un polimorfo hexagonal de carbono
encontrado en meteoritos, así llamado en honor de Kathleen Lonsdale. Es una
forma semejante al diamante, sin embargo hexagonal (polimorfo).Básicamente es
carbono como el diamante, pero con una estructura molecular diferente que la
hace más resistente. Las moléculas del diamante se forman de manera piramidal
mientras que las de la lonsdaleíta son hexagonales.
El
fullereno
Es la tercera forma más estable del carbono, tras el diamante
y el grafito. Se presenta como moléculas de un número variable de átomos de
carbono. Tienen una estructura similar al grafito, pero el empaquetamiento
hexagonal se combina con pentágonos (y posiblemente heptágonos) lo que curva
los planos y permite la aparición de estructuras de forma esférica elipsoidal y
cilíndrica. 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 topología similar a un balón de fútbol, es
especialmente estable. Los fullerenos en general, y los derivados del de 60
átomos en particular, son objeto de intensa investigación en química desde su
descubrimiento a mediados de los 1980.
El elemento carbono
El carbono es uno de los elementos más conocidos de la tabla
periódica de los elementos. Dentro de dicha tabla, el carbono ocupa el lugar
número 6 y tiene una masa atómica de 12, además es representado por la letra C.
El carbono es un elemento sólido cuando se halla a
temperatura ambiente, aunque puede ser encontrado en la naturaleza en otras
formas, dependiendo de las condiciones de formación. Ha sido encontrado en
formas alotrópicas, tales como el caso del carbono amorfo y del cristalino, que
suele ser visto comúnmente como grafito y diamante.
Dentro de la química orgánica, el carbono es el pilar
principal y se conocen unos 16 millones de compuestos de carbono, aunque este
número aumenta en medio millón cada año. Además de esto, el carbono está presente
en todos los seres vivos conocidos y compone el 0,2% de la superficie del
planeta Tierra.
El carbono es sorprendente porque puede ser una material muy
blando y barato como el caso del grafito y también puede llegar a ser muy duro
y caro si se halla en forma de diamante. Si se enlaza con el oxígeno, el
carbono forma dióxido de carbono, el cual es vital para el desarrollo y
crecimiento de las plantas, y por ende es vital para el ser humano.
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Alótropos
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Punto de fusión
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Punto de ebullición
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Color
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Conductividad eléctrica
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Densidad
(k/m3)
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Dureza (escala
de Mohs de dureza de minerales)
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Estado fisico
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Estructura
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Usos
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Estructura diamante
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3550°C
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4827°C
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Blanco, tonos bajos de amarillo y azul
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no
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3,513 - 3,525
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10 (lo máximo)
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solido
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Tallados en brillantes se emplean en joyería.
Taladradoras.
Cojinetes de ejes en aparatos de precisión.
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Estructura grafito
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3527°C
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4027°C
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Negro o gris obscuro
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Si
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2260
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1-2
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solido
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Construcción de reactores nucleares.
Construcción de electrodos para la industria
electrolítica, por su conductividad eléctrica.
Lubricante sólido, por ser blando y untuoso.
Construcción de minas de lapiceros, la dureza de
la mina se consigue mezclando el grafito con arcilla.
Construcción de crisoles de alta temperatura,
debido al elevado punto de fusión del grafito.
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Grafeno
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obscuro
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si
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solido
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Alta conductividad térmica y eléctrica.
Semiconductor.
Alta elasticidad y dureza.
Resistencia (el material más resistente del
mundo).
El grafeno puede reaccionar químicamente con otras
sustancias para formar compuestos con diferentes propiedades, lo que dota a
este material de gran potencial de desarrollo.
Soporta la radiación ionizante.
Es muy ligero, como la fibra de carbono, pero más
flexible.
Menor efecto Joule, se calienta menos al conducir
los electrones.
Consume menos electricidad para una misma tarea
que el silicio.
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Fullerenos
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negro
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no
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1,68 g/cm3
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0.8
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solido
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Propiedades conductoras, semiconductoras o
aislantes, en función del metal con que se contaminen.
Lubricante.
Inhibición de la proteasa del virus del SIDA.
Fabricación de fibras.
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Nanotubos de carbono
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desconocido
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si
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1.33 a 1.40 g/cm3
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0.7
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solido
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Propiedades químicas del carbono:
El carbono es uno de los elementos que puede formar sustancias orgánicas o inorgánicas, lo cual este tipo de sustancia que forma designara que propiedades tendrá la sustancia con el carbono.
Propiedades químicas
Compuestos orgánicos:
Hidrocarburos
Para comprender la estructura química de los compuestos orgánicos es necesario comenzar revisando las estructuras de los más simples en cuanto a su composición, estos son los hidrocarburos (HC) y se clasifican en alifáticos y aromáticos.
Alifáticos
Son HC de cadenas abiertas o cerradas y se clasifican en saturados e insaturados dependiendo de la cantidad de átomos de hidrógeno y está determinado por las uniones carbono-carbono, simples, dobles y triples llamados alcanos, alquenos y alquinos respectivamente. Las siguientes fórmulas desarrolladas y semidesarrolladas son ejemplos de HC alifáticos.
Aromáticos
Son HC cíclicos que contienen la estructura básica del benceno, C6H6. Las siguientes son distintas representaciones del benceno.
Hidrocarburos saturados
Los HC saturados son aquellos compuestos que tienen el máximo de átomos de hidrógeno en su estructura molecular, es decir están saturados de hidrógeno, estos compuestos solamente presentan enlaces sencillos: C-C ó C-H, los HC saturados también son llamados Alcanos o parafinas; el siguiente es un ejemplo de una estructura de hidrocarburo saturado
Hidrocarburos insaturados
Los HC insaturados son aquellos compuestos que tienen al menos un enlace doble o triple entre los átomos de carbono que los forman; debido a que los átomos de carbono al unirse entre sí con enlaces múltiples agotan las posibilidades de enlazarse con el hidrógeno. La cantidad de átomos de hidrógeno que tienen los HC insaturados es siempre menor a la de los saturados de igual número de átomos de C. De esta forma, los HC saturados se subdividen en Alquenos y Alquinos. Las siguientes representaciones son ejemplos de HC insaturados.
Alcanos
Son aquellos HC que sólo presentan enlaces covalentes simples, pueden ser cadenas abiertas o cerradas, ramificadas o lineales.
Los alcanos son HC saturados, cuya fórmula general es: CnH2n+2, para cadenas abiertas, ya sea lineales o ramificadas. Si la estructura es cíclica la fórmula general es: CnH2n.
Alquenos
Son HC que en su composición tienen menos átomos de hidrógeno que el alcano del mismo número de carbonos, y en su estructura se encuentra por lo menos un enlace doble, también son llamados olefinas.
Los alquenos son HC insaturados con dobles enlaces C=C y fórmula general: CnH2n, para cadenas abiertas, ya sea lineales o ramificadas.
Alquinos
Son HC que en su estructura se encuentra por lo menos un enlace triple, también son llamados acetilénicos.
Los alquinos son HC insaturados y su fórmula general es CnH2n-2 para cadenas abiertas, ya sea lineales o ramificadas.
Hidrocarburos lineales
Si un HC está constituido por una sola cadena de átomos de carbono, ya sea abierta o cíclica, se clasifica como lineal. La cadena lineal de los HC se aprecia mejor en sus fórmulas semidesarrolladas
Hidrocarburos ramificados
En el HC ramificado, la cadena de mayor número de átomos de carbono es considerada como la cadena principal y las cadenas adicionales se consideran ramificaciones. En un hidrocarburo cíclico toda cadena adicional a éste se considera una ramificación.
Compuestos inorgánicos formados por el carbono.
En cuanto se esté hablando acerca de compuestos inorgánicos estaríamos hablando directamente de ácidos, bases y sales; pero el carbono al tener propiedades específicas este solo presenta sales y ácidos los cuales conforman este aspecto.
Compuestos inorgánicos:
Sales:
carburo de boro
carburo de calcio
carburo de titanio
bicarbonato de sodio
carbonato de etileno
carbonato de litio
carbonato de magnesio
bicarbonato de amonio
Referencias:
http://www.quimicaorganica.net/isomeros-estructurales.html
http://www.liceoagb.es/quimiorg/
https://sites.google.com/a/uji.es/alotropos-del-carbono/carbono-amorfo/aplicaciones
http://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/diccionario/Buckyballs.htm
http://www.uam.es/docencia/elementos/spV21/sinmarcos/elementos/c.html
http://portalacademico.cch.unam.mx/alumno/quimica2/u2/carbono_alimentos
http://www.ingenieria.unam.mx/industriales/descargas/documentos/catedra/quimielvi.pdf
http://dgep.uasnet.mx/Material_de_apoyo2009/Quimica_del_Carbono.pdf
http://nanotubosdecarbono.com/
http://www.portalciencia.net/nanotecno/nanotubos.html
http://grafeno.com/principales-usos-del-grafeno-en-la-industria/
http://www.ecologiahoy.com/carbono
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