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Carbono

El carbono (del latín, carbo, 'carbón') es un elemento químico con símbolo C, número atómico 6 y masa atómica 12,01. Es un no metal y tetravalente, disponiendo de cuatro electrones para formar enlaces químicos covalentes. Tres isótopos del carbono se producen de forma natural, los estables 12C y 13C y el isótopo radiactivo 14C, que decae con una vida media de unos 5730 años.​ El carbono es uno de los pocos elementos conocidos desde la antigüedad,​ y es el pilar básico de la química orgánica. Está presente en la Tierra en estado de cuerpo simple (carbón y diamantes), de compuestos inorgánicos (CO2 y CaCO3) y de compuestos orgánicos (biomasa, petróleo y gas natural). También se han sintetizado muchas nuevas estructuras basadas en el carbono: carbón activado, negro de humo, fibras, nanotubos, fullerenos y grafeno.

BoroCarbonoNitrógeno

6
C
Tabla completaTabla ampliada
Información general
Nombre, símbolo, número Carbono, C, 6.
Serie química No metales
Grupo, período, bloque 14, 2, p
Masa atómica 12,0107 u
Configuración electrónica [He]2s22p2
Dureza Mohs 1-2 (grafito)
10 (diamante)
Electrones por nivel 2, 4
Propiedades atómicas
Radio medio 70 pm
Electronegatividad 2,55(escala de Pauling)
Radio atómico(calc) 67 pm(radio de Bohr)
Radio covalente 77 pm
Radio de van der Waals 170 pm
Estado(s) de oxidación 4, 2
Óxido Ácido débil
1.ªenergía de ionización 1086,5 kJ/mol
2.ªenergía de ionización 2352,6 kJ/mol
3.ªenergía de ionización 4620,5 kJ/mol
4.ªenergía de ionización 6222,7 kJ/mol
5.ªenergía de ionización 37 831,1 kJ/mol
6.ªenergía de ionización 47 277,1 kJ/mol
Propiedades físicas
Estado ordinario Sólido (no magnético)
Densidad 2267 kg/m3
Punto de fusión Diamante: 3823 K (3550 °C)
Grafito: 3800 K (3527 °C)
Punto de ebullición Grafito: 5100 K (4827 °C)
Entalpía de vaporización Grafito; sublima: 711 kJ/mol
Entalpía de fusión Grafito; sublima: 105 kJ/mol
Varios
Estructura cristalina hexagonal
Calor específico 710 J/(K·kg)
Conductividad eléctrica 61×103 S/m
Conductividad térmica 129 W/(K·m)
Velocidad del sonido Diamante: 18.350 m/s a 293,15 K (20 °C)
Isótopos más estables
Artículo principal: Isótopos del carbono
iso AN Periodo MD Ed PD
MeV
12C98,9 %Estable con 6 neutrones
13C1,1 %Estable con 7 neutrones
14Ctrazas5730 añosβ0,15614N
Valores en el SI y condiciones normales de presión y temperatura, salvo que se indique lo contrario.

El carbono es el 15.º elemento más abundante en la corteza terrestre,​ y el cuarto elemento más abundante en el universo en masa después del hidrógeno, el helio y el oxígeno. La abundancia del carbono, su diversidad única de compuestos orgánicos y su inusual capacidad para formar polímeros a las temperaturas comúnmente encontradas en la Tierra, permite que este elemento sirva como componente común de toda la vida conocida. Es el segundo elemento más abundante en el cuerpo humano en masa (aproximadamente el 18,5%) después del oxígeno.

Los átomos de carbono pueden unirse de diferentes maneras, denominadas alótropos del carbono, reflejo de las condiciones de formación. Los más conocidos que ocurren naturalmente son el grafito, el diamante y el carbono amorfo.​ Las propiedades físicas del carbono varían ampliamente con la forma alotrópica. Por ejemplo, el grafito es opaco y negro, mientras que el diamante es altamente transparente. El grafito es lo suficientemente blando como para formar una raya en el papel (de ahí su nombre, del verbo griego "γράφειν" que significa 'escribir'), mientras que el diamante es el material natural más duro conocido. El grafito es un buen conductor eléctrico mientras que el diamante tiene una baja conductividad eléctrica. En condiciones normales, el diamante, los nanotubos de carbono y el grafeno tienen las conductividades térmicas más altas de todos los materiales conocidos. Todos los alótropos del carbono son sólidos en condiciones normales, siendo el grafito la forma termodinámicamente estable. Son químicamente resistentes y requieren altas temperaturas para reaccionar incluso con oxígeno.

El estado de oxidación más común del carbono en los compuestos inorgánicos es +4, mientras que +2 se encuentra en el monóxido de carbono y en complejos carbonilos de metales de transición. Las mayores fuentes de carbono inorgánico son las calizas, dolomitas y dióxido de carbono, pero cantidades significativas se producen en depósitos orgánicos de carbón, turba, petróleo y clatratos de metano. El carbono forma un gran número de compuestos, más que cualquier otro elemento, con casi diez millones de compuestos descritos hasta la fecha​ (con 500.000 compuestos nuevos por año), siendo sin embargo ese número solo una fracción del número de compuestos teóricamente posibles bajo condiciones estándar. Por esta razón, a menudo el carbono se ha descrito como el «rey de los elementos».

La combustión del carbono en todas sus formas ha sido la base del desarrollo tecnológico desde tiempos prehistóricos. Los materiales basados en el carbono tienen aplicaciones en numerosas áreas de vanguardia tecnológica: materiales compuestos, baterías de iones de litio, descontaminación del aire y del agua, electrodos para hornos de arco, en la síntesis de aluminio, etc.

Índice

El carbono es un elemento notable por varias razones. Sus formas alotrópicas incluyen, una de las sustancias más blandas (el grafito) y una de las más duras (el diamante) y, desde el punto de vista económico, es de los materiales más baratos (carbón) y uno de los más caros (diamante). Más aún, presenta una gran afinidad para enlazarse químicamente con otros átomos pequeños, incluyendo otros átomos de carbono con los que puede formar largas cadenas, y su pequeño radio atómico le permite formar enlaces múltiples. Así, con el oxígeno forma el dióxido de carbono, vital para el crecimiento de las plantas (ver ciclo del carbono); con el hidrógeno forma numerosos compuestos denominados genéricamente hidrocarburos, esenciales para la industria y el transporte en la forma de combustibles fósiles; y combinado con oxígeno e hidrógeno forma gran variedad de compuestos como, por ejemplo, los ácidos grasos, esenciales para la vida, y los ésteres que dan sabor a las frutas; además es vector, a través del ciclo carbono-nitrógeno, de parte de la energía producida por el Sol.

Artículo principal: Alótropos del carbono
Estructura del grafito

Se conocen cinco formas alotrópicas del carbono, además del amorfo: grafito, diamante, fullereno, grafeno y carbino.

Una de las formas en las cuales se encuentra el carbono es el grafito, caracterizado por tener sus átomos "en los vértices de hexágonos que tapizan un plano",​ es de color negro, opaco y blando, y es el material del cual está hecha la parte interior de los lápices de madera. El grafito tiene exactamente los mismos átomos del diamante, pero por estar dispuestos en diferente forma tienen distintas propiedades físicas y químicas. Los diamantes naturales se forman en lugares donde el carbono ha sido sometido a grandes presiones y altas temperaturas. Su estructura es tetraédrica, que da como resultado una red tridimensional y a diferencia del grafito tiene un grado de dureza alto: 10 Mohs. Los diamantes se pueden crear artificialmente, sometiendo el grafito a temperaturas y presiones muy altas. El precio del grafito es menor al de los diamantes naturales, pero si se han elaborado adecuadamente tienen la misma dureza, color y transparencia.

La forma amorfa es esencialmente grafito, pero no llega a adoptar una estructura cristalina macroscópica. Esta es la forma presente en la mayoría de los carbones y en el hollín.

Disposición geométrica de los orbitales híbridos sp2.

A presión normal, el carbono adopta la forma del grafito, en la que cada átomo está unido a otros tres en un plano compuesto de celdas hexagonales; este estado se puede describir como tres electrones de valencia en orbitales híbridos planos sp² y el cuarto en el orbital p.

Las dos formas de grafito conocidas alfa (hexagonal) y beta (romboédrica) tienen propiedades físicas idénticas. Los grafitos naturales contienen más del 30 % de la forma beta, mientras que el grafito sintético contiene únicamente la forma alfa. La forma alfa puede transformarse en beta mediante procedimientos mecánicos, y esta recristalizar en forma alfa al calentarse por encima de 1000 °C.

Estructura del diamante

Debido a la deslocalización de los electrones del orbital pi, el grafito es conductor de la electricidad, propiedad que permite su uso en procesos de electroerosión. El material es blando y las diferentes capas, a menudo separadas por átomos intercalados, se encuentran unidas por enlaces de Van de Waals, siendo relativamente fácil que unas deslicen respecto de otras, lo que le da utilidad como lubricante.

Disposición geométrica de los orbitales híbridos sp3.

A muy altas presiones, el carbono adopta la forma del diamante, en el cual cada átomo está unido a otros cuatro átomos de carbono, encontrándose los 4 electrones en orbitales sp³, como en los hidrocarburos. El diamante presenta la misma estructura cúbica que el silicio y el germanio y, gracias a la resistencia del enlace químico carbono-carbono, es, junto con el nitruro de boro, la sustancia más dura conocida. La transición a grafito a temperatura ambiente es tan lenta que es indetectable. Bajo ciertas condiciones, el carbono cristaliza como lonsdaleíta, una forma similar al diamante pero hexagonal.

El orbital híbrido sp1 que forma enlaces covalentes solo es de interés en química, manifestándose en algunos compuestos, como por ejemplo el acetileno.

Fullereno C60.

Los fullerenos fueron descubiertos hace 15 años​ tienen una estructura similar al grafito, pero el empaquetamiento hexagonal se combina con pentágonos (y en ciertos casos, heptágonos), lo que curva los planos y permite la aparición de estructuras de forma esférica, elipsoidal o cilíndrica. El constituido por 60 átomos de carbono, que presenta una estructura tridimensional y geometría similar a un balón de fútbol, es especialmente estable. Los fullerenos en general, y los derivados del C60 en particular, son objeto de intensa investigación en química desde su descubrimiento a mediados de los 1980.

A esta familia pertenecen también los nanotubos de carbono, que pueden describirse como capas de grafito enrolladas en forma cilíndrica y rematadas en sus extremos por hemiesferas (fulerenos), y que constituyen uno de los primeros productos industriales de la nanotecnología.

El principal uso industrial del carbono es como un componente de hidrocarburos, especialmente los combustibles fósiles (petróleo y gas natural). Del primero se obtienen, por destilación en las refinerías, gasolinas, queroseno y aceites, siendo además la materia prima empleada en la obtención de plásticos. El segundo se está imponiendo como fuente de energía por su combustión más limpia. Otros usos son:

  • El isótopo radiactivo carbono-14, descubierto el 27 de febrero de 1940, se usa en la datación radiométrica.
  • El grafito se combina con arcilla para fabricar las minas de los lápices. Además se utiliza como aditivo en lubricantes. Las pinturas anti-radar utilizadas en el camuflaje de vehículos y aviones militares están basadas igualmente en el grafito, intercalando otros compuestos químicos entre sus capas. Es negro y blando. Sus átomos están distribuidos en capas paralelas muy separadas entre sí. Se forma a menos presión que el diamante. Aunque parezca difícil de creer, un diamante y la mina de un lapicero tienen la misma composición química: carbono.
  • El diamante es transparente y muy duro. En su formación, cada átomo de carbono está unido de forma compacta a otros cuatro átomos. Se originan con temperaturas y presiones altas en el interior de la tierra. Se emplea para la construcción de joyas y como material de corte aprovechando su dureza.
  • Como elemento de aleación principal de los aceros.
  • En varillas de protección de reactores nucleares.
  • Las pastillas de carbón se emplean en medicina para absorber las toxinas del sistema digestivo y como remedio de la flatulencia.
  • El carbón activado se emplea en sistemas de filtrado y purificación de agua.
  • El carbón amorfo ("hollín") se añade a la goma para mejorar sus propiedades mecánicas. Además se emplea en la formación de electrodos (p. ej. de las baterías). Obtenido por sublimación del grafito, es fuente de los fullerenos que pueden ser extraídos con disolventes orgánicos.
  • Los fullerenos se emplean en medicina, se ha probado que un derivado soluble en agua del C60 inhibe a los virus de inmunodeficiencia humana VIH-1 y VIH-2.
  • La fibra de carbono (obtenido generalmente por termólisis de fibras de poliacrilato) debido a que son de alta resistencia se añade a resinas de poliéster, obteniéndose los materiales denominados fibras de carbono, son empleadas para fabricar raquetas de tenis.
  • La fibra de carbono también se utiliza para la elaboración de bicicletas de gama alta, logrando un menor peso, mayor resistencia y mejor geometría.
  • Las propiedades químicas y estructurales de los fullerenos, en la forma de nanotubos, prometen usos futuros en el incipiente campo de la nanotecnología.

El carbón (del latín carbo -ōnis, "carbón") fue descubierto en la prehistoria y ya era conocido en la antigüedad, en la que se manufacturaba mediante la combustión incompleta de materiales orgánicos. Los últimos alótropos conocidos, los fullerenos (C60), fueron descubiertos como subproducto en experimentos realizados con gases moleculares en la década de los 80. Se asemejan a un balón de fútbol, por lo que coloquialmente se les llama futbolenos.

Newton, en 1704, intuyó que el diamante podía ser combustible, pero no se consiguió quemar un diamante hasta 1772 en que Lavoisier demostró que en la reacción de combustión se producía CO2.

Tennant demostró que el diamante era carbono puro en 1797. El isótopo más común del carbono es el 12C; en 1961 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.

El carbono no se creó durante el Big Bang porque hubiera necesitado la triple colisión de partículas alfa (núcleos atómicos de helio) y el Universo se expandió y enfrió demasiado rápido para que la probabilidad de que ello aconteciera fuera significativa. Donde sí ocurre este proceso es en el interior de las estrellas (en la fase RH (Rama horizontal)) donde este elemento es abundante, encontrándose además en otros cuerpos celestes como los cometas y en las atmósferas de los planetas. Algunos meteoritos contienen diamantes microscópicos que se formaron cuando el Sistema Solar era aún un disco protoplanetario.

En combinaciones con otros elementos, el carbono se encuentra en la atmósfera terrestre y disuelto en el agua, y acompañado de menores cantidades de calcio, magnesio y hierro forma enormes masas rocosas (caliza, dolomita, mármol, etc).

El grafito se encuentra en grandes cantidades en Rusia, Estados Unidos, México, Groenlandia y la India.

Los diamantes naturales se encuentran asociados a rocas volcánicas (kimberlita y lamproita). Los mayores depósitos de diamantes se encuentran en el África (Sudáfrica, Namibia, Botsuana, República del Congo y Sierra Leona).​ Existen además depósitos importantes en Canadá, Rusia, Brasil y Australia.[cita requerida]

El más importante óxido de carbono es el dióxido de carbono (CO2), un componente minoritario de la atmósfera terrestre (del orden del 0,04 % en peso) producido y usado por los seres vivos (ver ciclo del carbono). En el agua forma trazas de ácido carbónico (H2CO3) —las burbujas de muchos refrescos— pero, al igual que otros compuestos similares, es inestable, aunque a través de él pueden producirse iones carbonato estables por resonancia. Algunos minerales importantes, como la calcita, son carbonatos.

Los otros óxidos son el monóxido de carbono (CO) y el más raro subóxido de carbono (C3O2). El monóxido se forma durante la combustión incompleta de materias orgánicas y es incoloro e inodoro. Dado que la molécula de CO contiene un enlace triple, es muy polar, por lo que manifiesta una acusada tendencia a unirse a la hemoglobina, formando un nuevo compuesto muy peligroso denominado Carboxihemoglobina, impidiéndoselo al oxígeno, por lo que se dice que es un asfixiante de sustitución. El ion cianuro (CN), tiene una estructura similar y se comporta como los iones haluro.

Con metales, el carbono forma tanto carburos como acetiluros, ambos muy ácidos. A pesar de tener una electronegatividad alta, el carbono puede formar carburos covalentes como es el caso de carburo de silicio (SiC) cuyas propiedades se asemejan a las del diamante.

Véase también: Química orgánica
Artículo principal: Isótopos del carbono

En 1961 la IUPAC adoptó el isótopo 12C como la base para la masa atómica de los elementos químicos.

El carbono-14 es un radioisótopo con un periodo de semidesintegración de 5730 años que se emplea de forma extensiva en la datación de especímenes orgánicos.

Los isótopos naturales y estables del carbono son el 12C (98,89 %) y el 13C (1,11 %). Las proporciones de estos isótopos en un ser vivo se expresan en variación (±‰) respecto de la referencia VPDB (Vienna Pee Dee Belemnite, fósiles cretácicos de belemnites, en Carolina del Sur). El δC-13 del CO2 de la atmósfera terrestre es −7‰. El carbono fijado por fotosíntesis en los tejidos de las plantas es significativamente más pobre en 13C que el CO2 de la atmósfera.

La mayoría de las plantas presentan valores de δC-13 entre −24 y −34‰. Otras plantas acuáticas, de desierto, de marismas saladas y hierbas tropicales, presentan valores de δC-13 entre −6 y −19‰ debido a diferencias en la reacción de fotosíntesis. Un tercer grupo intermedio constituido por las algas y líquenes presentan valores entre −12 y −23‰. El estudio comparativo de los valores de δC-13 en plantas y organismos puede proporcionar información valiosa relativa a la cadena alimenticia de los seres vivos.

Los compuestos de carbono tienen un amplio rango de toxicidad. El monóxido de carbono, presente en los gases de escape de los motores de combustión y el cianuro (CN) son extremadamente muy tóxicos para los mamíferos, entre ellos las personas. Los gases orgánicos eteno, etino y metano son explosivos e inflamables en presencia de aire. Por el contrario, muchos otros compuestos no son tóxicos sino esenciales para la vida.

Obrero en la planta de negro de carbón en Sunray, Texas (foto por John Vachon, 1942)

El carbono puro tiene una toxicidad extremadamente baja para los humanos y puede ser manejado e incluso ingerido en forma segura en la forma de grafito o carboncillo. Es resistente a la disolución y ataque químico, incluso en los contenidos acidificados del tracto digestivo. Esto resulta en que una vez que entra a los tejidos corporales lo más probable es que permanezcan allí en forma indefinida. El negro de carbón fue probablemente el primer pigmento en ser usado para hacer tatuajes y se encontró que Ötzi el hombre del hielo tenía tatuajes hechos con carbón que sobrevivieron durante su vida y 5200 años después de su muerte.​ Sin embargo, la inhalación en grandes cantidades del polvo de carbón u hollín (negro de carbón) puede ser peligroso, al irritar los tejidos del pulmón y causar una enfermedad conocida como neumoconiosis de los mineros del carbón. De forma similar el polvo de diamante usado como un abrasivo puede ser dañino si se ingiere o inhala. También las micropartículas de carbón producidas por los gases de escape de los motores diésel se pueden acumular en los pulmones al ser inhaladas.​ En estos ejemplos, los efectos dañinos pueden resultar de la contaminación de las partículas de carbón con elementos químicos orgánicos o de metales pesados más que del carbón en sí mismo.

Generalmente el carbono tiene baja toxicidad para casi toda la vida en la Tierra, sin embargo, para algunas criaturas es tóxico - por ejemplo, las nanopartículas de carbón son toxinas mortales para la Drosophila.

También el carbono se puede quemar vigorosa y brillantemente en la presencia de aire a alta temperatura, como en el caso del Incendio de Windscale, el que fue causado por la repentina liberación de energía Wigner acumulada en el núcleo de grafito. Grandes acumulaciones de carbón, que han permanecido inertes por centenares de millones de años en la ausencia de oxígeno, pueden incendiarse espontáneamente cuando son expuestas al aire, como por ejemplo en los desechos de las minas de carbón.

Entre la gran variedad de compuestos de carbono se pueden incluir venenos letales tales como la tetradotoxina, la ricina lectina obtenida de las semillas de ricino (Ricinus communis), el cianuro (CN) y el envenenamiento por monóxido de carbono.

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Carbono
carbono, elemento, químico, número, atómico, idioma, vigilar, editar, carbono, latín, carbo, carbón, elemento, químico, símbolo, número, atómico, masa, atómica, metal, tetravalente, disponiendo, cuatro, electrones, para, formar, enlaces, químicos, covalentes, . Carbono elemento quimico de numero atomico 6 Idioma Vigilar Editar El carbono del latin carbo carbon es un elemento quimico con simbolo C numero atomico 6 y masa atomica 12 01 Es un no metal y tetravalente disponiendo de cuatro electrones para formar enlaces quimicos covalentes Tres isotopos del carbono se producen de forma natural los estables 12C y 13C y el isotopo radiactivo 14C que decae con una vida media de unos 5730 anos 1 El carbono es uno de los pocos elementos conocidos desde la antiguedad 2 y es el pilar basico de la quimica organica Esta presente en la Tierra en estado de cuerpo simple carbon y diamantes de compuestos inorganicos CO2 y CaCO3 y de compuestos organicos biomasa petroleo y gas natural Tambien se han sintetizado muchas nuevas estructuras basadas en el carbono carbon activado negro de humo fibras nanotubos fullerenos y grafeno Boro Carbono Nitrogeno 6 C Tabla completa Tabla ampliadaInformacion generalNombre simbolo numeroCarbono C 6 Serie quimicaNo metalesGrupo periodo bloque14 2 pMasa atomica12 0107 uConfiguracion electronica He 2s22p2Dureza Mohs1 2 grafito 10 diamante Electrones por nivel2 4Propiedades atomicasRadio medio70 pmElectronegatividad2 55 escala de Pauling Radio atomico calc 67 pm radio de Bohr Radio covalente77 pmRadio de van der Waals170 pmEstado s de oxidacion4 2oxidoAcido debil1 ª energia de ionizacion1086 5 kJ mol2 ª energia de ionizacion2352 6 kJ mol3 ª energia de ionizacion4620 5 kJ mol4 ª energia de ionizacion6222 7 kJ mol5 ª energia de ionizacion37 831 1 kJ mol6 ª energia de ionizacion47 277 1 kJ molPropiedades fisicasEstado ordinarioSolido no magnetico Densidad2267 kg m3Punto de fusionDiamante 3823 K 3550 C Grafito 3800 K 3527 C Punto de ebullicionGrafito 5100 K 4827 C Entalpia de vaporizacionGrafito sublima 711 kJ molEntalpia de fusionGrafito sublima 105 kJ molVariosEstructura cristalinahexagonalCalor especifico710 J K kg Conductividad electrica61 103 S mConductividad termica129 W K m Velocidad del sonidoDiamante 18 350 m s a 293 15 K 20 C Isotopos mas establesArticulo principal Isotopos del carbonoiso AN Periodo MD Ed PDMeV12C98 9 Estable con 6 neutrones13C1 1 Estable con 7 neutrones14Ctrazas5730 anosb 0 15614NValores en el SI y condiciones normales de presion y temperatura salvo que se indique lo contrario editar datos en Wikidata El carbono es el 15 º elemento mas abundante en la corteza terrestre 3 y el cuarto elemento mas abundante en el universo en masa despues del hidrogeno el helio y el oxigeno La abundancia del carbono su diversidad unica de compuestos organicos y su inusual capacidad para formar polimeros a las temperaturas comunmente encontradas en la Tierra permite que este elemento sirva como componente comun de toda la vida conocida Es el segundo elemento mas abundante en el cuerpo humano en masa aproximadamente el 18 5 despues del oxigeno 4 Los atomos de carbono pueden unirse de diferentes maneras denominadas alotropos del carbono reflejo de las condiciones de formacion Los mas conocidos que ocurren naturalmente son el grafito el diamante y el carbono amorfo 5 Las propiedades fisicas del carbono varian ampliamente con la forma alotropica Por ejemplo el grafito es opaco y negro mientras que el diamante es altamente transparente El grafito es lo suficientemente blando como para formar una raya en el papel de ahi su nombre del verbo griego grafein que significa escribir mientras que el diamante es el material natural mas duro conocido El grafito es un buen conductor electrico mientras que el diamante tiene una baja conductividad electrica En condiciones normales el diamante los nanotubos de carbono y el grafeno tienen las conductividades termicas mas altas de todos los materiales conocidos Todos los alotropos del carbono son solidos en condiciones normales siendo el grafito la forma termodinamicamente estable Son quimicamente resistentes y requieren altas temperaturas para reaccionar incluso con oxigeno El estado de oxidacion mas comun del carbono en los compuestos inorganicos es 4 mientras que 2 se encuentra en el monoxido de carbono y en complejos carbonilos de metales de transicion Las mayores fuentes de carbono inorganico son las calizas dolomitas y dioxido de carbono pero cantidades significativas se producen en depositos organicos de carbon turba petroleo y clatratos de metano El carbono forma un gran numero de compuestos mas que cualquier otro elemento con casi diez millones de compuestos descritos hasta la fecha 6 con 500 000 compuestos nuevos por ano siendo sin embargo ese numero solo una fraccion del numero de compuestos teoricamente posibles bajo condiciones estandar Por esta razon a menudo el carbono se ha descrito como el rey de los elementos 7 La combustion del carbono en todas sus formas ha sido la base del desarrollo tecnologico desde tiempos prehistoricos Los materiales basados en el carbono tienen aplicaciones en numerosas areas de vanguardia tecnologica materiales compuestos baterias de iones de litio descontaminacion del aire y del agua electrodos para hornos de arco en la sintesis de aluminio etc Indice 1 Caracteristicas 2 Estados alotropicos 3 Aplicaciones 4 Historia 5 Abundancia y obtencion 6 Compuestos inorganicos 7 Isotopos 8 Precauciones 9 Vease tambien 10 Referencias 11 Enlaces externosCaracteristicas EditarEl carbono es un elemento notable por varias razones Sus formas alotropicas incluyen una de las sustancias mas blandas el grafito y una de las mas duras el diamante y desde el punto de vista economico es de los materiales mas baratos carbon y uno de los mas caros diamante Mas aun presenta una gran afinidad para enlazarse quimicamente con otros atomos pequenos incluyendo otros atomos de carbono con los que puede formar largas cadenas y su pequeno radio atomico le permite formar enlaces multiples Asi con el oxigeno forma el dioxido de carbono vital para el crecimiento de las plantas ver ciclo del carbono con el hidrogeno forma numerosos compuestos denominados genericamente hidrocarburos esenciales para la industria y el transporte en la forma de combustibles fosiles y combinado con oxigeno e hidrogeno forma gran variedad de compuestos como por ejemplo los acidos grasos esenciales para la vida y los esteres que dan sabor a las frutas ademas es vector a traves del ciclo carbono nitrogeno de parte de la energia producida por el Sol 8 Estados alotropicos EditarArticulo principal Alotropos del carbono Estructura del grafito Se conocen cinco formas alotropicas del carbono ademas del amorfo grafito diamante fullereno grafeno y carbino 9 Una de las formas en las cuales se encuentra el carbono es el grafito caracterizado por tener sus atomos en los vertices de hexagonos que tapizan un plano 10 es de color negro opaco y blando y es el material del cual esta hecha la parte interior de los lapices de madera El grafito tiene exactamente los mismos atomos del diamante pero por estar dispuestos en diferente forma tienen distintas propiedades fisicas y quimicas Los diamantes naturales se forman en lugares donde el carbono ha sido sometido a grandes presiones y altas temperaturas Su estructura es tetraedrica que da como resultado una red tridimensional y a diferencia del grafito tiene un grado de dureza alto 10 Mohs Los diamantes se pueden crear artificialmente sometiendo el grafito a temperaturas y presiones muy altas El precio del grafito es menor al de los diamantes naturales pero si se han elaborado adecuadamente tienen la misma dureza color y transparencia La forma amorfa es esencialmente grafito pero no llega a adoptar una estructura cristalina macroscopica Esta es la forma presente en la mayoria de los carbones y en el hollin Disposicion geometrica de los orbitales hibridos sp2 A presion normal el carbono adopta la forma del grafito en la que cada atomo esta unido a otros tres en un plano compuesto de celdas hexagonales este estado se puede describir como tres electrones de valencia en orbitales hibridos planos sp y el cuarto en el orbital p Las dos formas de grafito conocidas alfa hexagonal y beta romboedrica tienen propiedades fisicas identicas Los grafitos naturales contienen mas del 30 de la forma beta mientras que el grafito sintetico contiene unicamente la forma alfa La forma alfa puede transformarse en beta mediante procedimientos mecanicos y esta recristalizar en forma alfa al calentarse por encima de 1000 C Estructura del diamante Debido a la deslocalizacion de los electrones del orbital pi el grafito es conductor de la electricidad propiedad que permite su uso en procesos de electroerosion El material es blando y las diferentes capas a menudo separadas por atomos intercalados se encuentran unidas por enlaces de Van de Waals siendo relativamente facil que unas deslicen respecto de otras lo que le da utilidad como lubricante Disposicion geometrica de los orbitales hibridos sp3 A muy altas presiones el carbono adopta la forma del diamante en el cual cada atomo esta unido a otros cuatro atomos de carbono encontrandose los 4 electrones en orbitales sp como en los hidrocarburos El diamante presenta la misma estructura cubica que el silicio y el germanio y gracias a la resistencia del enlace quimico carbono carbono es junto con el nitruro de boro la sustancia mas dura conocida La transicion a grafito a temperatura ambiente es tan lenta que es indetectable Bajo ciertas condiciones el carbono cristaliza como lonsdaleita una forma similar al diamante pero hexagonal El orbital hibrido sp1 que forma enlaces covalentes solo es de interes en quimica manifestandose en algunos compuestos como por ejemplo el acetileno Fullereno C60 Los fullerenos fueron descubiertos hace 15 anos 10 tienen una estructura similar al grafito pero el empaquetamiento hexagonal se combina con pentagonos y en ciertos casos heptagonos lo que curva los planos y permite la aparicion de estructuras de forma esferica elipsoidal o cilindrica El constituido por 60 atomos de carbono que presenta una estructura tridimensional y geometria similar a un balon de futbol es especialmente estable Los fullerenos en general y los derivados del C60 en particular son objeto de intensa investigacion en quimica desde su descubrimiento a mediados de los 1980 A esta familia pertenecen tambien los nanotubos de carbono que pueden describirse como capas de grafito enrolladas en forma cilindrica y rematadas en sus extremos por hemiesferas fulerenos y que constituyen uno de los primeros productos industriales de la nanotecnologia Aplicaciones EditarEl principal uso industrial del carbono es como un componente de hidrocarburos especialmente los combustibles fosiles petroleo y gas natural Del primero se obtienen por destilacion en las refinerias gasolinas queroseno y aceites siendo ademas la materia prima empleada en la obtencion de plasticos El segundo se esta imponiendo como fuente de energia por su combustion mas limpia Otros usos son El isotopo radiactivo carbono 14 descubierto el 27 de febrero de 1940 se usa en la datacion radiometrica El grafito se combina con arcilla para fabricar las minas de los lapices Ademas se utiliza como aditivo en lubricantes Las pinturas anti radar utilizadas en el camuflaje de vehiculos y aviones militares estan basadas igualmente en el grafito intercalando otros compuestos quimicos entre sus capas Es negro y blando Sus atomos estan distribuidos en capas paralelas muy separadas entre si Se forma a menos presion que el diamante Aunque parezca dificil de creer un diamante y la mina de un lapicero tienen la misma composicion quimica carbono El diamante es transparente y muy duro En su formacion cada atomo de carbono esta unido de forma compacta a otros cuatro atomos Se originan con temperaturas y presiones altas en el interior de la tierra Se emplea para la construccion de joyas y como material de corte aprovechando su dureza Como elemento de aleacion principal de los aceros En varillas de proteccion de reactores nucleares Las pastillas de carbon se emplean en medicina para absorber las toxinas del sistema digestivo y como remedio de la flatulencia El carbon activado se emplea en sistemas de filtrado y purificacion de agua El carbon amorfo hollin se anade a la goma para mejorar sus propiedades mecanicas Ademas se emplea en la formacion de electrodos p ej de las baterias Obtenido por sublimacion del grafito es fuente de los fullerenos que pueden ser extraidos con disolventes organicos Los fullerenos se emplean en medicina se ha probado que un derivado soluble en agua del C60 inhibe a los virus de inmunodeficiencia humana VIH 1 y VIH 2 10 La fibra de carbono obtenido generalmente por termolisis de fibras de poliacrilato debido a que son de alta resistencia se anade a resinas de poliester obteniendose los materiales denominados fibras de carbono son empleadas para fabricar raquetas de tenis La fibra de carbono tambien se utiliza para la elaboracion de bicicletas de gama alta logrando un menor peso mayor resistencia y mejor geometria Las propiedades quimicas y estructurales de los fullerenos en la forma de nanotubos prometen usos futuros en el incipiente campo de la nanotecnologia Historia EditarEl carbon del latin carbo ōnis carbon fue descubierto en la prehistoria y ya era conocido en la antiguedad en la que se manufacturaba mediante la combustion incompleta de materiales organicos Los ultimos alotropos conocidos los fullerenos C60 fueron descubiertos como subproducto en experimentos realizados con gases moleculares en la decada de los 80 Se asemejan a un balon de futbol por lo que coloquialmente se les llama futbolenos Newton en 1704 intuyo que el diamante podia ser combustible pero no se consiguio quemar un diamante hasta 1772 en que Lavoisier demostro que en la reaccion de combustion se producia CO2 Tennant demostro que el diamante era carbono puro en 1797 El isotopo mas comun del carbono es el 12C en 1961 este isotopo se eligio para reemplazar al isotopo oxigeno 16 como base de los pesos atomicos y se le asigno un peso atomico 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 llamo quimica organica Abundancia y obtencion EditarEl carbono no se creo durante el Big Bang porque hubiera necesitado la triple colision de particulas alfa nucleos atomicos de helio y el Universo se expandio y enfrio demasiado rapido para que la probabilidad de que ello aconteciera fuera significativa Donde si ocurre este proceso es en el interior de las estrellas en la fase RH Rama horizontal donde este elemento es abundante encontrandose ademas en otros cuerpos celestes como los cometas y en las atmosferas de los planetas Algunos meteoritos contienen diamantes microscopicos que se formaron cuando el Sistema Solar era aun un disco protoplanetario En combinaciones con otros elementos el carbono se encuentra en la atmosfera terrestre y disuelto en el agua y acompanado de menores cantidades de calcio magnesio y hierro forma enormes masas rocosas caliza dolomita marmol etc El grafito se encuentra en grandes cantidades en Rusia Estados Unidos Mexico Groenlandia y la India Los diamantes naturales se encuentran asociados a rocas volcanicas kimberlita y lamproita Los mayores depositos de diamantes se encuentran en el Africa Sudafrica Namibia Botsuana Republica del Congo y Sierra Leona 11 Existen ademas depositos importantes en Canada Rusia Brasil y Australia cita requerida Compuestos inorganicos EditarEl mas importante oxido de carbono es el dioxido de carbono CO2 un componente minoritario de la atmosfera terrestre del orden del 0 04 en peso producido y usado por los seres vivos ver ciclo del carbono En el agua forma trazas de acido carbonico H2CO3 las burbujas de muchos refrescos pero al igual que otros compuestos similares es inestable aunque a traves de el pueden producirse iones carbonato estables por resonancia Algunos minerales importantes como la calcita son carbonatos Los otros oxidos son el monoxido de carbono CO y el mas raro suboxido de carbono C3O2 El monoxido se forma durante la combustion incompleta de materias organicas y es incoloro e inodoro Dado que la molecula de CO contiene un enlace triple es muy polar por lo que manifiesta una acusada tendencia a unirse a la hemoglobina formando un nuevo compuesto muy peligroso denominado Carboxihemoglobina impidiendoselo al oxigeno por lo que se dice que es un asfixiante de sustitucion El ion cianuro CN tiene una estructura similar y se comporta como los iones haluro Con metales el carbono forma tanto carburos como acetiluros ambos muy acidos A pesar de tener una electronegatividad alta el carbono puede formar carburos covalentes como es el caso de carburo de silicio SiC cuyas propiedades se asemejan a las del diamante Vease tambien Quimica organicaIsotopos EditarArticulo principal Isotopos del carbono En 1961 la IUPAC adopto el isotopo 12C como la base para la masa atomica de los elementos quimicos El carbono 14 es un radioisotopo con un periodo de semidesintegracion de 5730 anos que se emplea de forma extensiva en la datacion de especimenes organicos Los isotopos naturales y estables del carbono son el 12C 98 89 y el 13C 1 11 Las proporciones de estos isotopos en un ser vivo se expresan en variacion respecto de la referencia VPDB Vienna Pee Dee Belemnite fosiles cretacicos de belemnites en Carolina del Sur El dC 13 del CO2 de la atmosfera terrestre es 7 El carbono fijado por fotosintesis en los tejidos de las plantas es significativamente mas pobre en 13C que el CO2 de la atmosfera La mayoria de las plantas presentan valores de dC 13 entre 24 y 34 Otras plantas acuaticas de desierto de marismas saladas y hierbas tropicales presentan valores de dC 13 entre 6 y 19 debido a diferencias en la reaccion de fotosintesis Un tercer grupo intermedio constituido por las algas y liquenes presentan valores entre 12 y 23 El estudio comparativo de los valores de dC 13 en plantas y organismos puede proporcionar informacion valiosa relativa a la cadena alimenticia de los seres vivos Precauciones EditarLos compuestos de carbono tienen un amplio rango de toxicidad El monoxido de carbono presente en los gases de escape de los motores de combustion y el cianuro CN son extremadamente muy toxicos para los mamiferos entre ellos las personas Los gases organicos eteno etino y metano son explosivos e inflamables en presencia de aire Por el contrario muchos otros compuestos no son toxicos sino esenciales para la vida Obrero en la planta de negro de carbon en Sunray Texas foto por John Vachon 1942 El carbono puro tiene una toxicidad extremadamente baja para los humanos y puede ser manejado e incluso ingerido en forma segura en la forma de grafito o carboncillo Es resistente a la disolucion y ataque quimico incluso en los contenidos acidificados del tracto digestivo Esto resulta en que una vez que entra a los tejidos corporales lo mas probable es que permanezcan alli en forma indefinida El negro de carbon fue probablemente el primer pigmento en ser usado para hacer tatuajes y se encontro que Otzi el hombre del hielo tenia tatuajes hechos con carbon que sobrevivieron durante su vida y 5200 anos despues de su muerte 12 Sin embargo la inhalacion en grandes cantidades del polvo de carbon u hollin negro de carbon puede ser peligroso al irritar los tejidos del pulmon y causar una enfermedad conocida como neumoconiosis de los mineros del carbon De forma similar el polvo de diamante usado como un abrasivo puede ser danino si se ingiere o inhala Tambien las microparticulas de carbon producidas por los gases de escape de los motores diesel se pueden acumular en los pulmones al ser inhaladas 13 En estos ejemplos los efectos daninos pueden resultar de la contaminacion de las particulas de carbon con elementos quimicos organicos o de metales pesados mas que del carbon en si mismo Generalmente el carbono tiene baja toxicidad para casi toda la vida en la Tierra sin embargo para algunas criaturas es toxico por ejemplo las nanoparticulas de carbon son toxinas mortales para la Drosophila 14 Tambien el carbono se puede quemar vigorosa y brillantemente en la presencia de aire a alta temperatura como en el caso del Incendio de Windscale el que fue causado por la repentina liberacion de energia Wigner acumulada en el nucleo de grafito Grandes acumulaciones de carbon que han permanecido inertes por centenares de millones de anos en la ausencia de oxigeno pueden incendiarse espontaneamente cuando son expuestas al aire como por ejemplo en los desechos de las minas de carbon Entre la gran variedad de compuestos de carbono se pueden incluir venenos letales tales como la tetradotoxina la ricina lectina obtenida de las semillas de ricino Ricinus communis el cianuro CN y el envenenamiento por monoxido de carbono Vease tambien EditarCarbono 14 Compuesto organico Cambio climatico Huella de carbono Economia baja en carbono Objetivos de Desarrollo Sostenible Central termoelectricaReferencias Editar Carbon Naturally occurring isotopes WebElements Periodic Table Consultado el 9 de octubre de 2008 History of Carbon Archivado desde el original el 1 de noviembre de 2012 Consultado el 10 de enero de 2013 Vease el articulo de la Wikipedia en ingles Abundance of elements in Earth s crust que recoge las estimaciones de varios autores Biological Abundance of Elements The Internet Encyclopedia of Science Consultado el 9 de octubre de 2008 World of Carbon Interactive Nano visulisation in Science amp Engineering Education IN VSEE Archivado desde el original el 5 de octubre de 2008 Consultado el 9 de octubre de 2008 Chemistry Operations 15 de diciembre de 2003 Carbon Los Alamos National Laboratory Archivado desde el original el 13 de septiembre de 2008 Consultado el 9 de octubre de 2008 Deming Anna 2010 King of the elements Nanotechnology 21 doi 10 1088 0957 4484 21 30 300201 Consultado el 15 de noviembre de 2016 Carbono Galilei Enlace externo a carbinos a b c Gasque Laura El elemento con multiples personalidades Carbono Dorfer Leopold Moser M Spindler K Bahr F Egarter Vigl E Dohr G 1998 5200 year old acupuncture in Central Europe Science 282 5387 242 243 Bibcode 1998Sci 282 239D PMID 9841386 doi 10 1126 science 282 5387 239f Donaldson K Stone V Clouter A Renwick L MacNee W 2001 Ultrafine particles Occupational and Environmental Medicine 58 3 211 216 PMC 1740105 PMID 11171936 doi 10 1136 oem 58 3 211 Carbon Nanoparticles Toxic To Adult Fruit Flies But Benign To Young ScienceDaily Aug 17 2009 Enlaces externos Editar Wikimedia Commons alberga una galeria multimedia sobre Carbono Wikiquote alberga frases celebres de o sobre Carbono Wikcionario tiene definiciones y otra informacion sobre carbono WebElements com Carbono EnvironmentalChemistry com Carbono It s Elemental Carbono Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo de Espana Ficha internacional de seguridad quimica del carbono La Quimica de Referencia Carbono Datos Q623 Multimedia Carbon Citas celebres CarbonoObtenido de https es wikipedia org w index php title Carbono amp oldid 138014906, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

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