Carbono

EL CARBONO

Se trata de un elemento de símbolo “C”, con número atómico 6 (son 6 protones en su núcleo), no metálico, con 4 electrones disponibles para formar enlaces covalentes (tetravalente).

El carbono es el elemento químico básico para la vida conocida y el 4to más abundante en el universo después del hidrógeno, helio y oxígeno, presente en el Sol, las estrellas, meteoros, cometas y en la atmósfera de la mayoría de los planetas. Es un elementos conocido por el ser humano desde hace más de 6 mil años.

 Es el 15vo elemento más abundante en la corteza terrestre (0.2% de ella). En combinación con el oxígeno forma dióxido de carbono que se encuentra disuelto en el aire y en cuerpos de agua, principalmente en el océano.

 El carbono tiene el punto de fusión más alto de todos los elementos (3900°K) permaneciendo en estado sólido a temperaturas mucho más altas que metales como el tungsteno o el renio, con un punto de ebullición de 5100°K.

Aunque el carbono es muy susceptible de oxidación, resiste la oxidación de forma más efectiva que el hierro y el cobre a temperaturas estándar, sin reaccionar ante ácido sulfúrico, ácido hidroclórico, cloro o cualquier alcalino. El estado de oxidación más común del carbono en compuestos inorgánicos es +4.

Para la formación de carbono se requieren temperaturas de más de 100 mil°K y una concentración de núcleos de 1-hidrógeno y 4-helio en su mayoría presentes en el centro de estrellas gigantes o súper gigantes. Para que queden disponibles para la formación de vida como la conocemos, estos átomos de carbono serán expulsados como polvo por el espacio por explosiones supernova que posteriormente formarán sistemas solares como el nuestro.

Existen 3 formas de isótopos que ocurren en la naturaleza, el 12-C y 13-C son isótopos estables, mientras que 14-C es un isótopo radiactivo con una vida promedio de 5730 años antes de decaer.

En la Tierra el carbono se encuentra de forma inorgánica en piedras calizas, dolomitas y el dióxido de carbono en el aire, aunque existen cantidades significativas en combustibles fósiles, es decir, depósitos orgánicos de carbón, petróleo y gas natural pudiendo  obtenerse por la combustión de compuestos orgánicos en insuficiencia de oxígeno.

El carbono se encuentra presente en todas las formas de vida conocida (20% del peso de los organismos vivos es carbono) y en el cuerpo humano es el segundo elemento más abundante por masa (18.5%) después del oxígeno.

Se han identificado alrededor de  10 millones de compuestos orgánicos que contienen carbono, apenas una pequeña fracción de las posibilidades matemáticas de asociación de este elemento, y la gran mayoría posibles en las temperaturas comunes de la Tierra.

El carbono puede conformarse en varios tipos de estructuras químicas (formas alotrópicas), todas sólidas bajo condiciones normales que son químicamente resistentes a altas temperaturas, pero con diferentes comportamientos físicos. Las formas más conocidas son el carbón amorfo, el grafito y el diamante.

 El carbono amorfo es un material opaco y negro. Es el principal constituyente del carbón mineral y carbón activado y uno de los materiales más económicos de la Tierra.

No cuenta con una estructura cristalina regular, ni con patrones de largo alcance definidos, sino más bien está conformado por cristales irregulares, esencialmente de grafito, con una densidad entre 1.8 a 2.1 toneladas por metro cúbico.

El grafito es un material negro con brillo metálico refractario, siendo uno de los materiales más suaves conocidos, un excelente conductor eléctrico, pudiendo ser usado como supe lubricante.

Es la forma que toma el carbono bajo presión y temperatura normales, conformado por láminas de redes de dos dimensiones con enlaces covalentes muy fuertes entre sí, y uniones Van der Waals entre las láminas, lo que lo convierte en un material suave. En dirección de las láminas es conductor mantiene electrones externos disponibles para la conducción eléctrica, mientras que en forma perpendicular a la dirección de las láminas tiene una conductividad baja, con una densidad de 2.3 tons por metro cúbico.

El grafito puede encontrarse en depósitos naturales de la Tierra. Del grafito se puede producir grafeno, siendo el material más delgado y duro conocido a la fecha.

El diamante es un material muy transparente formado a presiones muy altas con una densidad de casi el doble que la del grafito y es el material más duro conocido, con una muy baja conductividad eléctrica, haciéndolo el material más abrasivo existente y uno de los materiales más caros de la Tierra, encontrándose en la kimberlita de volcanes antiguos.

El diamante tiene una muy alta conductividad de calor, es decir, que al tocar un diamante con la piel, éste conducirá el calor mucho más rápido que otro material, por lo que una persona interpretará que toca algo muy frío.

Está conformado por una red tridimensional de átomos, donde cada átomo está unido como en tetraedro a otros 4 átomos, conformando una estructura cúbica igual a la del silicio y el germanio, haciendo una unión carbono-carbono muy dura en términos de resistencia a los rasguños, aunque termodinámica mente inestable bajo condiciones normales, con una densidad de 3.5 tons por metro cúbico.