El Carbono y sus formas alotrópicas

El carbono es unos de elementos más importantes para los seres vivos. Se representa con la letra C mayúscula y posee una masa  atómica de 12,01 y dispone de la siguiente configuración electrónica: 1s² 2s² 2p², donde de los seis electrones que posee, solo los cuatro más externos (electrones de la capa de valencia), son los que le confieren las 4 posibilidades de enlazarse con otros elementos (tetravalente). Por esa razón, tiende a adquirir estructura estable de gas noble (Neón) por compartición de sus electrones más externos con los de otros átomos.

Una propiedad que posee el carbono y que no tiene ningún otro, al menos en tan alta medida, es la facilidad para enlazarse con otros átomos de carbono formando largas cadenas. Dichas cadenas pueden ser de muchos tipos (lineales, ramificadas, cíclicas, entre otras) y de muy variada longitud. Existen cadenas de átomos de carbonos de varios cientos de miles de átomos de carbonos.

La unión que se da entre dos átomos de carbono puede ser de tres tipos:

• Enlace sencillo (alcanos): se comparte un solo par de electrones.
• Enlace doble (alquenos): se comparten dos pares de electrones.
• Enlace triple (alquinos): se comparten tres pares de electrones.

El carbono presenta otra característica muy resaltante y es que presenta formas alotrópicas, las cuales son estables a temperatura ambiente. Estas formas alotrópicas son:

Diamante

El diamante está formado por átomos de carbono que encuentran enlazados tetraédricamente entre sí mediante enlaces orbitales híbridos sp³ que forman una red tridimensional. Cada átomo de carbono, tiene cuatro carbonos vecinos muy cercanos. Dicha «red de diamante» es conocida como estructura cristalina cúbica centrada en la cara.

El diamante es la segunda forma más estable de carbono, después del grafito; sin embargo, la tasa de conversión de diamante a grafito es despreciable a condiciones ambientales.

Los diamantes se forman a través del carbón a condiciones extremas de presión y temperatura. Dicho proceso es muy complicado y puede llegar a tardar hasta billones de años. El proceso se lleva a cabo  en la capa litosférica, que se sitúa entre 150 a 200 kilómetros bajo la superficie y en donde se facilitan las condiciones extremas. La temperatura puede alcanzar entre 900 °C y 1300 °C y un nivel de presión de 30 kilobars. En este instante, el carbón adopta una forma  molecular cúbica y se mineraliza transformándose en un diamante.

El diamante es ampliamente utilizado para la elaboración de joyas y como material de corte ya que este presenta una dureza 10 en la escala de Mohs.

Quizás desees consultar un poco más sobre los diamantes en: https://www.quimicaencasa.com/la-quimica-belleza-los-diamantes/#more-1792

Grafito

El grafito posee una estructura laminar con cada capa, llamada lámina de grafito, formada por hexágonos de átomos de carbono enlazados entre sí por enlaces híbridos sp² que forman ángulos de 120º.  Cada átomo de carbono en una lámina plana tiene tres átomos de carbono vecinos muy cercanos. Las láminas hexagonales se mantienen unidas entre sí  por fuerzas débiles llamadas fuerzas de Van der Waals.

El grafito se mezcla con la arcilla para elaborar las puntas de los lápices. Otra aplicación es como aditivo en lubricantes. También se emplea en la preparación de pinturas anti-radar usadas en el camuflaje de vehículos y aviones militares.

Grafeno

El Grafeno es una variante del Carbono, que presenta como propiedades, una elevada conductividad térmica y eléctrica, alta resistencia y es participe de múltiples reacciones químicas.

Esto dependerá en gran medida, de que manera este se utilice ya que puede ser tratado de diferentes formas. Dicho cristal de carbono dispone de átomos en un plano de forma hexagonal.

Este material es bastante utilizado en la electrónica, ya que es casi perfecto para la construcción de circuitos integrados, pudiendo emplearse como canal en transistores de efecto de campo. Aunque, muchos investigadores siguen trabajando para mejorar su efectividad.

Fullereno

Es una molécula compuesta por carbono que puede adoptar una forma geométrica que recuerda a una esfera, un elipsoide, un tubo (llamado nanotubo) o un anillo.

El fullereno se ha hecho muy popular entre los más significativos científicos del mundo, debido a su curiosa belleza estructural y su versatilidad para la obtención de nuevos compuestos.

Aunque es un elemento que se utiliza ampliamente, también es necesario señalar que sigue siendo objeto de un intenso estudio con el que se pretende aclarar algunas de las dudas que todavía existen en torno a él. Su uso se puede ver en campos como la nanomedicina.

Según un estudio publicado durante el pasado año 2004, se confirmó que el fullereno puede resultar peligroso para diversos organismos, por lo que actualmente se utiliza con extremo cuidado.

Sin embargo, todavía quedan por ver los nuevos usos que se le darán, ya que constantemente se encuentran nuevas aplicaciones.

Nanotubos

Se denominan nanotubos a estructuras tubulares (cilíndricas), cuyo diámetro es del tamaño del nanómetro. Los nanotubos no solo pueden ser de carbono, también se hayan de diversos materiales, tales como silicio o nitruro de boro.

Este material es muy utilizado en la electrónica, ya que los nanotubos de Carbono sirven para la fabricación de transistores y memorias, entre otros componentes. Igualmente es empleado en la biomedicina, en la fabricación de automóviles y aviones.