GRUPO 4A QUIMICA

CARBONO

I. INTRODUCCIÓN

El carbono puro existe bajo formas alotrópicas como solidos cristalinos naturales (diamante y grafito) y artificiales (fullerenos). En forma impura, el carbono existe como solidos amorfos de color variable (de negro gris a negro oscuro) llamados carbonos, tanto naturales (antracita, hulla, lignito y turba) y artificiales (carbón de leña, hollín, negro animal, coque, etc.).

1. CARBONOS CRISTALINOS.

Son formas alotrópicas del carbono químicamente puro con un arreglo regular u ordenado de sus átomos que están unidos covalentemente, por lo tanto, son sólidos cristalinos covalentes.

 Grafito

 Diamante

 Fullerenos

2. CARBONOS AMORFOS

i. Carbonos naturales.

Carbonos impuros llamados también minerales de carbono. Se han formado por la descomposición de restos de vegetales durante cientos de miles de años, en un proceso llamado petrificación o carbonización. Entre ellos tenemos:

 Antracita (90 a 96% de C)

 Hulla (75 a 90% de C)

 Lignito (55 a 75% de C)

 Turba (45 a 55% de C)

ii. Carbonos artificiales.

Se obtienen por procesos dirigidos o como subproductos de ciertas reaccionesquímicas con algunos fines u objetivos específicos.

 Carbón de leña o de palo

 Negro de humo u hollín

 Carbón animal

 Coque

 Carbón de retorta

 Carbón activado

II. HISTORIA DEL CARBONO

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.

Diamante

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.

LAVOISIER

III. ESTADO NATURAL

El carbono es el elemento más abundante de la naturaleza, se encuentra formado por infinidad de compuestos. En la corteza terrestre se halla en una proporción de 0.032%. La atmosfera contiene carbono en forma de dióxido de carbono en un 0.03% del volumen total.

Hace parte de todos los seres vivos y compuestos orgánicos, en los compuestos inorgánicos se encuentra formado carbonatos de calcio, magnesio, ferroso y otros metales. el carbono es el estado libre y se presenta en varias formas alotrópicas: el grafito , el diamante, el fulereno, los nanotubos ; tambiénestá en estado amorfo como carbono.

1. GRAFITO:

El grafito es una de las formas alotrópicas en las que se puede presentar el carbono junto al diamante y los fullerenos.

A presión atmosférica y temperatura ambiente es más estable el grafito que el diamante, sin embargo la descomposición del diamante es tan extremadamente lenta que sólo es apreciable a escala geológica.

Fue nombrado por Abraham Gottlob Werner en el año 1789. Se denomina plumbagina y plomo negro.

El grafito se encuentra en yacimientos naturales y se puede extraer, pero también se produce artificialmente. El principal productor mundial de grafito es China, seguido de India y Brasil

i. Estructura:

Láminas unidas por fuerzas van der Waals (distancia entre capas 3,35Å)

ii. Enlace en la lámina:

Cada C se une covalentemente a otros 3 vecinos mediante híbridos sp2 (enlaces$)

Solapamiento orbital p de cada C da sistema PI deslocalizado

De los 4 e- de cada C:

 3 e- se usan para los enlaces $

 1 e- para el sistema %

 Banda semillena

iii. Propiedades específicas del grafito

Características Causa

Conductividad metálica en los planos Los electrones PI deslocalizados son responsables de la conductividad eléctrica

Es un material refractario Fortaleza enlaces covalentes

Blando, lubricante Fuerzas intercapas de van der Waals (débiles). Separación grande. Permite la inclusión de moléculas de agua o de O2.

Propiedades ópticas: Grafito es negro Tránsitos electrónicos entre los niveles de energía que forman la banda de valencia y conducción

Propiedades químicas:

- Es resistente al ataque por parte de bases o ácidos

no oxidantes

- Pero puede forman compuestos de intercalación Debido a una cierta aromaticidad

La debilidad de estas fuerzas así como la gran separación entre las capas

iv. Propiedades generales:

» Sólido de color negro brillante

» Blando

» Untuoso al tacto (lubricante debido al fácil desplazamiento láminas)

» Buen conductor bidimensional electricidad (banda semillena)

v. Aplicaciones:

» Lubricante sólido

» Fabricación electrodos

» Minas para lápices

2. DIAMANTE

Es el alótropo del carbono donde los átomos de carbono están dispuestos en una variante de la estructura cristalina cúbica centrada en la cara denominada red de diamante. 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.

i. Ejemplo más típico de un sólido covalente

Origen del nombre griego: adamas (invencible)

ii. Estado natural:

Es una variedad polimórfica del carbono

Existe en la Naturaleza a pesar de que es una fase meta estable

La forma estable es el grafito

¿Por qué los diamantes no se transforman en grafito?

Velocidad de transformación lentísima

El diamante más grande encontrado: El Cullinam (25/01/1905) 621,2 g

C (diamante) C (grafito)

3. FULLERENOS

Son la tercera forma más estable del carbono, tras el diamante y el grafito. Fueron descubiertos recientemente, y se volvieron populares entre los químicos, tanto por su belleza estructural como por su versatilidad para la síntesis de nuevos compuestos, ya que se presentan en forma de esferas, elipsoideos cilindros. Los fullerenos

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