Carbon
El carbono (lat. Carboneum) es un elemento químico en la Tabla periódica de los elementos, su símbolo es C, tiene 4 enlaces y su número atómico es 6. El carbono forma la base de todas las compuestos orgánicos y por tanto de todos los organismos vivos. Los compuestos de carbono son una de las bases de la economía mundial, los combustibles fósiles como el gas natural y el carbón son fuentes de energía para la producción de electricidad y calefacción, los productos del procesamiento del petróleo (gasolina, diésel, aceites pesados) son necesarios para el funcionamiento de los motores de combustión. Los productos de la industria química basados en carbono son parte del día a día, ya sea de plásticos, fibras sintéticas, pinturas o medicamentos.
Formas del carbono
Carbono elemental
El carbono es un elemento no metálico típico, que como mineral en estado elemental se encuentra en la naturaleza en dos modificaciones básicas y en los últimos aproximadamente 20 años se ha creado en laboratorio una tercera modificación:
El grafito está compuesto de carbono que cristaliza en láminas hexagonales y pertenece a los minerales más blandos conocidos. Esta propiedad se utiliza, por ejemplo, en la fabricación de lápices, en los que una mezcla molienda de grafito y piedra caliza forma la componente básica de la mina destinada a escribir o dibujar.
El diamante está compuesto de carbono que cristaliza en un sistema cúbico, es un mineral muy valioso y pertenece a los materiales más duros. El peso de los diamantes se expresa en quilates, el diamante más grande encontrado hasta ahora fue el Cullinan, que al ser encontrado en el JAR tenía una masa de 3 106 quilates (621,2 g).[1]
Los fullerenos son moléculas esféricas recientemente descubiertas, compuestas de anillos de cinco o, con más frecuencia, de seis átomos de carbono. En el espacio, estas moléculas están dispuestas en forma esférica y son extremadamente resistentes a los efectos físicos externos. El fullereno más estable conocido hasta ahora es una molécula que contiene 60 átomos de carbono. Los fullerenos se preparan artificialmente mediante pirólisis láser de compuestos orgánicos. Por el descubrimiento y el estudio de las propiedades de los fullerenos, en 1996 se le otorgó el Premio Nobel de Química a Robert F. Curl, Richard E. Smalley y Harold W. Kroto. Actualmente, la investigación de las propiedades y métodos de preparación de los fullerenos se estudia intensamente en muchas instituciones científicas de élite en todo el mundo.
El grafeno es similar al grafito, con la diferencia de que es el material más delgado y más duro del mundo. Fue descubierto por Andre Geim y su colega Konstantin Novoselov en 2004. Los electrones del grafeno parecen violar la física. Se mueven casi a la velocidad de la luz sin chocar entre sí. Esto se puede aprovechar en transistores, memoria o microprocesadores.
Ocurrencia y uso
Grafito
El grafito es un mineral que se encuentra en muchos lugares de la Tierra. Algunas de las minas de grafito más grandes se encuentran en Estados Unidos (Texas y el estado de Nueva York), México, India y Rusia. El grafito también es un componente de las cenizas, que se forman al quemar combustibles fósiles. Sin embargo, sus partículas son tan pequeñas que la ceniza tiene más propiedades de carbono amorfo.
El grafito se utiliza industrialmente principalmente para la fabricación de lápices. Primero se moldea muy finamente junto con piedra caliza y luego se prensa en una forma adecuada. En forma pura, sin piedra caliza, se prensa en minas para pintores y grabadores.
Otra aplicación importante del grafito es en la industria metalúrgica. Debido a su excelente resistencia térmica, se fabrican recipientes, llamados cocleas, en los que se vierten metales y sus aleaciones fundidas. De esta manera se evita la contaminación de los metales fundidos por el metal del que tendría que estar hecha la coclea. También se fabrican electrodos de grafito para la producción electrolítica de aluminio a partir de la fusión de bauxita y cryolita o para la producción de silicio a partir de la fusión de óxido de silicio.
Grafito vítreo[
Una forma artificial del grafito es el llamado carbono vítreo (en inglés glassy carbon), que se caracteriza por una alta densidad, baja porosidad y una excelente resistencia química y mecánica. En la práctica se fabrica mediante una descomposición a alta temperatura (pirólisis) controlada durante un largo período de tiempo de sustancias orgánicas en la superficie del grafito normal.
Gracias a las excepcionales propiedades físicas y químicas del grafito vítreo, su uso práctico, a pesar de su alta precio, se está ampliando cada vez más.
- Para la electroquímica es importante el hecho de que las superficies de electrodos de grafito vítreo son químicamente muy resistentes y se puede alcanzar un alto potencial positivo sin que se disuelvan, a diferencia de los electrodos metálicos normales. Esto se puede aprovechar tanto en la química analítica al estudiar las propiedades electroquímicas de moléculas orgánicas, como para la oxidación preparativa en la producción de ciertos compuestos.
- El método analítico GFAAS (espectrometría de absorción atómica con atomización no flameada) utiliza una celda para evaporar la muestra analizada, que se calienta durante unos segundos a una temperatura de aproximadamente 3 000 °C. Recubrir la superficie interior de esta celda con grafito vítreo aumenta drásticamente su resistencia y, en comparación con una celda de grafito clásica, prolonga su vida útil.
- En metalurgia, para el acondicionamiento de metales mediante el método de fusión zonal, se utilizan tubos recubiertos de grafito vítreo, en los que tiene lugar todo el proceso.
- Los utensilios de laboratorio con superficie de grafito vítreo alcanzan una resistencia química igual o incluso mejor que los utensilios de platino o de su aleación con rodio.
Ámbar
Una forma especial de mineral de carbono es el ámbar - restos mineralizados de resina terciaria de unos 50 millones de años de antigüedad. La composición química promedio del ámbar se ha determinado como C10H16O. El color básico del ámbar es amarillo dorado, pero también se pueden encontrar variedades bastante transparentes, rojas, cafés y blancas.
Se encuentra en Europa como resina petrificada de pinos y en América Central y México, donde se trata de la resina de una especie de árbol tropical kopál.
El ámbar es importante principalmente en la fabricación de joyas y objetos decorativos. Quizás el proyecto más importante en este ámbito fue la famosa Sala de ámbar, una habitación revestida con bloques de ámbar trabajados artísticamente en el palacio imperial de Petrogrado. Durante la Segunda Guerra Mundial, las fuerzas ocupantes alemanas desmontaron la Sala de ámbar y la llevaron a un lugar desconocido. Hasta ahora no se ha encontrado con éxito esta reliquia cultural.
Otra importancia del ámbar es paleontológica. En la masa de los hallazgos de ámbar se conservan con frecuencia perfectamente los cuerpos de insectos terciarios, el polen de las plantas de aquella época y otros artefactos.
Es interesante que hasta ahora no se ha logrado fabricar artificialmente ámbar, a pesar de que se conoce bien su composición química y también el supuesto proceso de formación.