EL CARBONO

El elemento con múltiples personalidades*

Laura Gasque Silva

Posee características contrastantes: puede ser el más duro o uno de los más

blandos; negro y opaco o incoloro y transparente; el más caro o el más barato; el

más antiguo o el más moderno. Es un elemento que se encuentra en todos los

seres vivos y forma una cantidad tan enorme de moléculas que tal vez nunca se

conozcantodas. Está constituido únicamente por átomos con seis protones y seis

electrones.

Como todos los elementos que conforman la materia del Universo, el carbono se

originó en las estrellas, mediante reacciones de fusión nuclear. El carbono es un

elemento relativamente abundante en nuestro planeta; sus átomos se encuentran

casi en su totalidad combinados con otros elementos, formando una gigantesca

variedad de compuestos. Se piensa que la primera forma en que existió el carbono

en nuestro planeta fue como dióxido de carbono (CO2) que pudo haberse fijado en

la corteza terrestre de diversas maneras, por ejemplo al combinarse con algunos

óxidos metálicos, formando carbonatos como el mármol, (CaCO3).

Al aparecer y proliferar los seres vivos y realizarse la fotosíntesis, con la cual se

producen carbohidratos a partir de agua y dióxido de carbono, la cantidad de este

último en la atmósfera fue disminuyendo y aumentó la cantidad de carbono sobre

la superficie de la Tierra y dentro de los océanos, como constituyente de toda la

materia orgánica de plantas y animales, vivos y muertos.

Se piensa que el carbono elemental se originó en el planeta como resultado de la

sedimentación de enormes cantidades de plantas bajo el agua, que fueron

descomponiéndose por la acción de diversos microorganismos en un ambiente

escaso en oxígeno.

Formas cristalinas

Parte de ese carbono "primitivo", originado por los bosques de hace más de 300

millones de años, opaco, ligero y quebradizo, semejante al que se utiliza en un 2

asador, cristalizó creando otras formas de carbono, con distintos grados

de dureza. Esto ocurrió gracias a las enormes variaciones en la presión y

temperatura de la Tierra durante los terremotos y las erupciones volcánicas.

La dureza de un material se determina por la capacidad que tiene éste de rayar a

otros, y se mide en una escala arbitraria llamada de Mohs, por el mineralogista

alemán que la inventó. La escala de Mohs va del 1 al 10; el valor máximo de 10

corresponde al diamante, que no puede ser rayado por ningún otro material de

origen natural, mientras que el uno corresponde al talco. La palabra diamante hace

honor a esta característica pues proviene del griego adamantos, que significa

invencible. Sin embargo, los preciadísimos diamantes no son más que átomos de

carbono que forman una estructura tetraédrica: a cada átomo se unen otros cuatro

átomos y el resultado es una red tridimensional extraordinariamente rígida, la cual

da al diamante su dureza.

Cuando los átomos de carbono se acomodan en este arreglo cristalino, es el elemento puro más caro que existe, debido principalmente a su belleza. Sin embargo, su precio no está sujeto a controles internacionales (lo que sí ocurre con el oro), ya que éste puede variar enormemente de un diamante a otro del mismo peso (un "quilate" equivale a 0.2 g). Son muy importantes su brillo y su color, determinados por las pequeñas cantidades de impurezas que contenga. Por otro lado, el precio de un diamante no es proporcional a su masa, ya que mientras uno pequeño, digamos de 1/4 de quilate, como el de un anillo de compromiso, cuesta unos cuantos cientos de dólares, en 1995, la famosa casa de subastas Sotheby's vendió un diamante de 100.1 quilates por 16 548 750 dólares, el mayor precio pagado hasta la fecha por una gema de esta clase. Si bien sólo una fracción de todos los diamantes tienen calidad de gemas, los restantes se valoran por sus aplicaciones industriales y tecnológicas, relacionadas generalmente con su dureza y resistencia

En el diamante, cada átomo está unido a otros cuatro átomos equivalentes. Cada uno de estos cuatro átomos se ubica en los vértices de un tetraedro, y la red se extiende en tres dimensiones brindándole al material una dureza casi insuperable.

Negro, opaco y blando

Si en lugar de estar acomodados tetraédricamente, los átomos de carbono se disponen en el espacio de manera diferente unos con respecto a otros, este material pierde toda su fuerza y belleza. El grafito es otra forma cristalina del carbono, en la que los átomos se encuentran en los vértices de hexágonos que tapizan un plano, de modo que cada átomo se encuentra unido a otros tres, como si fuera un piso formado de azulejos hexagonales; paralelo a cada plano de

hexágonos, se encuentra otro idéntico. La distancia entre planos de hexágonos es grande, más del doble de la distancia entre dos átomos de carbono vecinos en un hexágono. Así, las interacciones entre planos adyacentes de átomos de carbono son muy débiles, por lo que se dice

que la estructura del grafito es bidimensional.

En las estrellas

El carbono, como todos los elementos químicos, se originó en las estrellas. En sus inicios y durante buena parte de su vida, las estrellas producen energía por reacciones de fusión nuclear en las que cuatro núcleos de átomos de hidrógeno se combinan para formar un núcleo de átomo de helio.

Dependiendo de la masa de la estrella, antes o después el hidrógeno se convertirá casi en su totalidad en helio. En las estrellas como el Sol, cuando esto sucede, la región central de la estrella empieza a contraerse porque la energía que produce ya es insuficiente para contrarrestar la fuerza de gravedad. Al mismo tiempo, la envoltura de la estrella se expande y el astro toma una apariencia rojiza y su luminosidad aumenta. Hacia el final de este proceso, la temperatura en la región central alcanza 100 millones de grados kelvin y se desencadena una explosión que inicia una reacción nuclear conocida como triple-alfa, en la que tres núcleos de átomos de helio se combinan para formar un núcleo de átomo de carbono: cuando se agota el helio, la región central de la estrella queda compuesta casi en su totalidad por carbono.

Después de varios procesos en los que el carbono se transforma en otros elementos, la estrella pierde su envoltura y se convierte en un cuerpo denso y muy brillante al que se denomina enana blanca.

En las estrellas mucho más

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