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CARBONO

Historia

El carbono se conoce desde la antigüedad. Los egipcios obtenían carbón de leña de forma similar a la actual. En antiguos escritos hindúes y en el Viejo Testamento se hace referencia al diamante.
El término Carbono procede del latín carbo que significa carbón de leña; grafito procede del griego graphein que significa escribir y diamante tiene su procedencia de la palabra latina adamas cuyo significado es invencible.
Newton, en 1.704, intuyó que el diamante podía ser combustible, pero no se consiguió quemar un diamante hasta 1.772 en que Lavoisier demostró que en la reacción de combustión se producía CO2. Tennant demostró que el diamante era carbono puro en 1.797. El isótopo más común del carbono es el 12C; en 1.961 este isótopo se eligió para reemplazar al isótopo oxígeno-16 como base de los pesos atómicos, y se le asignó un peso atómico de 12. Los primeros compuestos de carbono se identificaron en la materia viva a principios del siglo XIX, y por ello el estudio de los compuestos de carbono se llamó química orgánica.

Abundancia

El carbono es un elemento ampliamente difundido en la naturaleza, aunque sólo constituya aproximadamente el 0,025% de la corteza terrestre, en la que se encuentra principalmente en forma de carbonatos.

Estructura

Propiedades

Podemos encontrar el carbono en tres variedades alotrópicas: diamante, grafito y carbono amorfo que son sólidos con puntos de fusión sumamente altos y son insolubles en todos los disolventes a temperaturas ordinarias. Las propiedades físicas de las tres formas difieren ampliamente a causa de las diferencias en la estructura cristalina. En el diamante, una de las sustancias más duras conocidas, cada átomo se vincula a otros cuatro átomos en una estructura tridimensional. Es incoloro y no conduce la electricidad. Los diamantes suelen tener un leve tono amarillento y la presencia de algunas “impurezas” le da unos ligeros tonos rosado, azul, rojo, verde que son muy apreciados en joyería. Los diamantes imperfectos suelen utilizarse en la construcción de herramientas de corte y también para cortar y pulir otras piedras. El diamante, a 800ºC , arde en el oxígeno puro produciendo dióxido de carbono. Resulta posible fabricar diamantes artificiales sometiendo carbón a altas temperarturas y presiones , pero los diamantes así obtenidos son muy pequeños y el coste de producción es excesivamente elevado. El grafito se encuentra muy difundido en la Naturaleza y estructuralmente consiste en capas planas de átomos organizados hexagonalmente que se unen débilmente unas a otras. Es una sustancia blanda, untuosa, de color negro brillante. El grafito es buen conductor de la corriente eléctrica, resiste a la acción de muchos reactivos químicos y es bastante estable frente al calor. Por todas estas propiedades es utilizado para fabricar electrodos y crisoles así como en algunos procesos de galvanoplastia. Mezclado con arcilla es el principal constituyente de las minas de los lápices. El carbono amorfo se caracteriza por un grado muy bajo de cristalinidad. El carbono amorfo puro puede obtenerse calentando azúcar purificada a 900ºC en ausencia de aire. El punto de fusión del grafito es 3.925ºC y el del diamante 3.823ºC. Las densidades son 2,25 y 3,51 kg/m³ respectivamente. Si se disuelve una pequeña proporción de carbono en el hierro fundido obtenemos el acero. La configuración electrónica del carbono explica sus elevadas posibilidades de combinación consigo mismo y con otros elementos dando lugar a una cantidad tal de compuestos que requieren un estudio específico en lo que llamamos la química del carbono. Su reacción con el hidrógeno a elevada temperatura produce metano:

C + 2H2 = CH4
A temperaturas ordinarias el carbono se caracteriza por su baja reactividad. A altas temperaturas reacciona directamente con la mayoría de los metales para formar carburos, y con el oxígeno para formar monóxido de carbono (CO) y dióxido de carbono (CO2). El carbono en forma de coque se usa para quitar oxígeno a minerales de óxidos metálicos a fin de obtener el metal puro. El carbono también forma compuestos con la mayoría de los elementos no metálicos, aunque algunos de estos, como el tetracloruro de carbono (CCl4) deben ser obtenidos indirectamente. En 1.985, los científicos vaporizaron grafito para producir una forma estable de la molécula de carbono que consiste en 60 átomos de carbono en forma esférica, parecida a un balón de fútbol. La molécula se llamó buckminsterfullereno o fullereno (abreviado familiarmente como “buckyball”) en honor de R. Buckminster Fuller, su descubridor. La molécula podría ser común en el polvo interestelar.

Preparación

Como es relativamente abundante en la naturaleza en sus distintas variedades, suele extraerse directamente.

Usos

El diamante, además de su conocido empleo en joyería, se usa para fabricar herramientas de corte y taladros. El grafito se utiliza para fabricar minas de lápices, para obtener fibras de carbono de gran ligereza, resistencia y elasticidad utilizadas en la elaboración de piezas de alta tecnología para la industria, el deporte, etc. También se utiliza en la elaboración de algunos tipos de pinturas.
La acción de los rayos cósmicos sobre el nitrógeno atmosférico produce el isótopo radiactivo 14C, emisor de partículas beta con un período de semidesintegración de 5.730 años. Este isótopo se usa como datador para determinar la antigüedad de algunos objetos. La técnica se basa en comparar la cantidad de 14C presente en una muestra con la presencia media actual de este isótopo. La utilización a gran escala como combustible,debido a la producción de monóxido y dióxido de carbono, constituye un grave problema de contaminación acentuando lo que conocemos como efecto invernadero. En las plantas nucleares se utiliza como moderador de neutrones.