carbono - Wikilingue - Encydia
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| General | |||||||||||||||||||||||||
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| Nombre, símbolo, número | Carbono, C, 6 | ||||||||||||||||||||||||
| Serie química | No metal | ||||||||||||||||||||||||
| Grupo, periodo, bloque | 14 (IVA), 2 , p | ||||||||||||||||||||||||
| Densidad, dureza Mohs | 2.260 kg/m3, 0,5 (grafito) 3.515 kg/m3, 10,0 (diamante) | ||||||||||||||||||||||||
| Apariencia | negro (grafito) incoloro (diamante) 
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| Propiedades atómicas | |||||||||||||||||||||||||
| Peso atómico | 12,0107 uma | ||||||||||||||||||||||||
| Radio medio
† | 70 pm | ||||||||||||||||||||||||
| Radio atómico calculado | 67 pm | ||||||||||||||||||||||||
| Radio covalente | 77 pm | ||||||||||||||||||||||||
| Radio de Van der Waals | 170 pm | ||||||||||||||||||||||||
| Configuración electrónica | [He]2s22p2 | ||||||||||||||||||||||||
| Estados de oxidación (óxido) | 4, 2 (levemente ácido) | ||||||||||||||||||||||||
| Estructura cristalina | Cúbica o hexagonal (diamante); hexagonal o romboédrica (grafito) | ||||||||||||||||||||||||
| Propiedades físicas | |||||||||||||||||||||||||
| Fase de la materia | Sólido (no magnético) | ||||||||||||||||||||||||
| Punto de fusión | 3.823 K (diamante), 3.800 K (grafito) K | ||||||||||||||||||||||||
| Punto de ebullición | 5.100 K (grafito) | ||||||||||||||||||||||||
| Entalpía de vaporización | 711 kJ/muele (grafito; sublima) | ||||||||||||||||||||||||
| Entalpía de fusión | 105 kJ/muele (grafito) (sublima) | ||||||||||||||||||||||||
| Presión de vapor | _ Pan | ||||||||||||||||||||||||
| Velocidad del sonido | 18.350 m/s (diamante) | ||||||||||||||||||||||||
| Información diversa | |||||||||||||||||||||||||
| Electronegatividad | 2,55 (Pauling) | ||||||||||||||||||||||||
| Calor específico | 710,6 J/(kg·K) (grafito); 518,3 J/(kg·K) (diamante) | ||||||||||||||||||||||||
| Conductividad eléctrica | 3 x 106 Ω-1·m-1 (grafito, dirección paralela a los planes); 5 x 102 Ω-1·m-1 (dirección perpendicular) | ||||||||||||||||||||||||
| Conductividad térmica | 19,6 W/(cm·K) (grafito, dirección paralela a los planes); 0,06 W/(cm·K) (dirección perpendicular); 23,2 W/(cm·K) (diamante) | ||||||||||||||||||||||||
| 1er Potencial de ionización | 1.086,5 kJ/muele | ||||||||||||||||||||||||
| 2dónde potencial de ionización | 2.352,6 kJ/muele | ||||||||||||||||||||||||
| 3er potencial de ionización | 4.620,5 kJ/muele | ||||||||||||||||||||||||
| 4t potencial de ionización | 6.222,7 kJ/muele | ||||||||||||||||||||||||
| 5è potencial de ionización | 37.831 kJ/muele | ||||||||||||||||||||||||
| 6è potencial de ionización | 47.277,0 kJ/muele | ||||||||||||||||||||||||
| Isótopos más estables | |||||||||||||||||||||||||
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| Valores en el seno de unidades y en CNPT (0º C y 1 atm), excepto cuando se indica el contrario. | |||||||||||||||||||||||||
El carbono es un elemento químico de número atómico 6.[1] Es un elemento generalmente tetravalente, no metálico y sólido a temperatura ambiente.
Es el elemento químico base en la vida orgánica tal y cómo se conoce, y es la base de la química orgánica. Todas las formas de vida que se conocen están formadas de moléculas compuestas principalmente por carbono, hidrógeno, nitrógeno y oxígeno (además de multitud otros elementos en menos proporción). Este elemento no metálico tiene la interesante propiedad de ser capaz de enlazarse con él mismo y con una amplia variedad otros elementos. Se conocen cerca de 10 millones de compuestos orgánicos formatos por estructuras de carbono.[2] Dentro del cuerpo humano, es el segundo elemento más abundante por demasiado (aproximadamente un 18,5% de la total) después del oxígeno.[3]
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Características notables
El carbono es un elemento notable por varias razones:
- El carbono no fue creado durante el Big Bang, dado que requiere para su generación una colisión triple de partículas alfa (núcleos de helio). El universo inicialmente se expandió y enfriar demasiado rápido para hacer esto posible. Pero en el interior de las estrellas se encuentra una concentración suficiente de helio para transformar algunos núcleos de este elemento en carbono a través del llamado proceso triple alfa.
- En el interior de las estrellas, el ciclo del carbono y nitrógeno proporciona parte de la energía producida por el Solo y otras estrellas.
- Sus diferentes estructuras incluyen una de las sustancias más blandas conocidas (el grafito) y una de las más duras (el diamante). (veáis: escalera de Dureza Mohs)
- Además, tiene una gran afinidad para enlazarse químicamente con otros átomos pequeños, y su pequeña medida le permite la formación de enlaces múltiples. Estas propiedades permiten al carbono formar cerca de 10 millones de compuestos orgánicos diferentes. Estos compuestos de carbono son la base de toda la vida a la Tierra.
- Con el oxígeno, forma el dióxido de carbono, vital para el crecimiento de las plantas y otras autòtrofs (véase ciclo del carbono).
- Con el hidrógeno forma numerosos compuestos, denominados genéricamente hidrocarburos, esenciales por la industria y el transportes actuales, en forma de combustibles fósiles.
- Con hidrógeno y oxígeno, forma una gran variedad de compuestos, como por ejemplo los ácidos grasos, esenciales por la vida, y los ésteres que dan su gusto característico a las frutas.
Aplicaciones
El carbono es un componente vital de todos los seres vivos, y sin el cual la vida , tal como la conocemos, no podría existir. La actividad económica más grande relativa al carbono (en la actualidad) es en forma de hidrocarburos, los llamados combustibles fósiles, gas metano y crudo. El crudo es usado por la industria petroquímica para producir principalmente petróleo, gasolina, gas-aceite y querosè a través de un proceso de destilación en las llamadas refinerías. El crudo es la materia primera para muchas sustancias sintéticas, entre ellas los omnipresentes plásticos.
Otros usos:
- El isótopo 14C, descubierto el 27 de febrero de 1940 es usado en la datación radiactiva.[4][5]
- El grafito es combinado con arcillas para formar las minas usadas en los lápices.
- El diamante es usado como piedra preciosa con finalidades decorativas atendida su brillantez, y también se usa para fabricar molas de perforación, gracias a su dureza.
- El carbono se añade al hierro para fabricar acero.
- El carbono es usado para fabricar barras de control en reactores nucleares
- Polvo de grafito cocida es usada como carbón para cocer piezas de arte y para otros usos.
- El carbón en píldoras o en polvo es usado para absorber toxinas o verins enel aparato digestivo
Las propiedades químicas y estructurales de los fulerens, en la forma de nanotubs de carbono, tienen un futuro prometedor en el naciente campo de la nanotecnología.
Historia
El carbono (el origen latino de la palabra proviene del carbón), fue descubierto a la prehistoria, y se creaba a partir de la crema de material orgánico (leña) en carencia de oxígeno. El objetivo del oficio de carbonero era la obtención de carbón.
Los diamantes, también conocidos desde hace mucho tiempos, son considerados la piedra preciosa por excelencia, atendida su gran dureza y brillo.
Los ful·lerens, descubiertos a la década de los 80, tienen un futuro prometedor en el campo de la nanotecnología.
A la natura
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 enfriar demasiado rápido porque la probabilidad que esto aconteciera fuera significativa. Dónde si 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 las estrellas y en las atmósferas de los planetas. Algunos meteoritos contienen diamantes microscópicos que se formaron cuando el sistema solar era todavía un disco protoplanetari.
En combinación 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, dolomia, mármol, etc.).
El grafito se encuentra en grandes cantidades en Estados Unidos, Rusia, México, Groenlandia e India.
Los diamantes naturales se encuentran asociados a rocas volcánicas (kimberlita y lamproita). Los mayores depósitos de diamantes se encuentran al continente africano (Suráfrica, Namibia, Botsuana, República del Congo y Sierra Leona. Existen además depósitos importantes en Canadá, Rusia, Brasil y Australia .
Formación a las estrellas
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La formación del núcleo atómico del carbono requiere una triple colisión casi-simultánea de partículas alfa (núcleos de helio) dentro del núcleo de una estrella gigante o supergegant . Esto se produce en condiciones de temperatura y concentración de helio que eran impedidas por la expansión y el enfriamiento rápidos del universo primitivo, y por lo tanto no se crearon cantidades significativas de carbono durante el Big Bang. En cambio, el interior de las estrellas de la rama horizontal transforman tres núcleos de helio en carbono mediante el proceso triple-alfa. Para estar disponible por la formación de la vida, hace falta que el carbono se extienda al espacio en forma de polvo, en explosiones de supernova , como parte del material que más adelante forma sistemas estelars de segunda y tercera generación, con planetas formados a partir de este polvo. El sistema solar es uno de estos sistemas de tercera generación.
Uno de los mecanismos de fusión que alimentan las estrellas es el ciclo carbono-nitrógeno.
Las transiciones rotacionals de varias formas isotópicas del monóxido de carbono (como por ejemplo 12CO, 13CO y C18O) son detectables a la escalera submil·limètrica, y se las utiliza en el estudio de las estrellas en proceso de formación a las nubes moleculares.
Ciclo del carbono
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Diagrama del ciclo del carbono. Los números negros indican cuánto de carbono está almacenado en varios reservoris, en miles de millones de toneladas (GtC significa "gigatones de carbón"; las cantidades datan de aproximadamente el 2004). Los números lilas indican cuánto de carbono cambia de reservori de un año al otro. Los sedimentos, tal como están definidos en este diagrama, no incluyen el 70 millones de GtC de roca carbonada y querogen.
En condiciones terrestres, la transformación de un elemento en otro es muy rara. Por consiguiente, la cantidad de carbono a la Tierra es efectivamente constante. Así pues, los procesos que utilizan carbono lo tienen que obtener de algún lugar y disponer en alguno otro lugar. Las rutas que sigue el carbono al medio ambiente forman el ciclo del carbono. Por ejemplo, las plantas cogen dióxido de carbono de su medio y lo utilizan para crear biomasa, como en la respiración de carbono o el ciclo de Calvin, un proceso de fijación del carbono. Una parte de esta biomasa es comida por los animales, que exhalan carbono en forma de dióxido de carbono. El ciclo del carbono es considerablemente más complicado que este corto circuito; por ejemplo, una parte de dióxido de carbono se disuelve a los océanos; la materia muerta animal o vegetal puede acontecer petróleo o carbón , que puede quemar, liberando carbono, si las bacterias no lo consumen.[6]
Alótropos
Dependiente de las condiciones de formación puede encontrarse en varias al·lotropies, actualmente se conocen cuatro alótropos del carbono:
- Amorf
- Grafito
- Diamante
- fullerè
- El 22 de marzo del 2004 se anunció el descubrimiento del quinto alótropo a la revista Nature (veáis el artículo)
En su forma amorfa,[7] el carbón es esencialmente grafito, pero sin formar ningún macroestructura cristalina. Está formando una pizca, que es el componente principal de sustancias cómo es el carbón y el hollín.
Disposición geométrica de los orbitals hibrids sp² en el grafito. Los enlaces se sitúan en el mismo plan, formando ángulos de 120 °A presiones normales, el carbón toma la forma de grafito (sistema hexagonal), un mineral muy blando, en el cual cada átomo está enlazado a tres más formando un plan de celdas hexagonales (cómo en una colmena de abejas). Contiene 3 electrones en orbitals bidimensionales llamados sp2, y un electrón en el orbital s. En el grafito, capas planas de átomos de carbono, se apilan las unas sobre las otras, como en un libro. Los enlaces que forman los átomos de carbono también los encontramos en los hidrocarburos aromáticos.
Las dos formas conocidas del grafito la alfa (hexagonal) y la beta (romboidal) tienen las mismas propiedades físicas, pero su estructura cristalina difiere. Los grafitos que se forman a la natura contienen hasta un 30% de la forma beta, mientras que los grafitos formados sintéticamente sólo contienen grafito en la forma alfa. Es posible convertir el grafito de la forma alfa a la forma beta, a través de procesos mecánicos, pero todo el grafito forma beta se transforma otra vez en grafito alfa cuando es calentado por encima de los 1000 °C
Atendida la deslocalización de los electrones en la nube pino, en los cristales de grafito, estos conducen la electricidad. El material es blando y las capas, a menudo separadas por otros átomos, se mantienen unidas gracias a la fuerza de Van der Waals, de forma que resbalan con cierta facilidad las unas sobre las otras.
Disposición geométrica de los orbitals hibrids sp³ en el diamante. Los átomos se sitúan en los vértices de un tetraedro regular.A presiones muy altas, el carbono forma otro alótropo llamado diamante, en el cual cada átomo está enlazado a cuatro más. Forma cristales de Diamante (sistema cúbico), el mineral más llevar conocido. El diamante tiene la misma estructura cristalina que el silicio y el germanio, y gracias a la fuerza del enlace carbono-carbono, es la sustancia más resistente a las tachaduras, junto con el nitruro de boro (BN) un compuesto isoelectrònic del diamante, y que comparte la misma estructura cristalina que este. Contiene 4 electrones en los orbitals tridimensionales llamados sp3. Con el tiempo, el diamante tiende a convertirse en grafito, pero a temperatura ambiente la conversión es tan lenta que es indetectable. En las condiciones adecuadas, el carbono puede cristalizar como Lonsdaleita, una forma similar al diamante pero hexagonal.
Átomos de carbono en el fullerè (C60) adoptando la forma de una pelota de fútbol.Formando compuestos de la familia de los fullerens (en el fullerè más simple, 60 átomos de carbono forman una capa grafítica, organizada tridimensionalmente, de manera similar a una pelota de fútbol), y nanotubs de carbono (donde se organiza también tridimensionalmente en forma de tubo).
El fullerens tienen una estructura parecida a la del grafito, pero en lugar de usar únicamente el empaquetament hexagonal, también contienen pentágonos (o posiblemente heptágonos) de átomos de carbono. Estos empaquetaments doblan las capas planas de átomos en esferas, elipses o cilindros . Las propiedades de los fullerens no han sido todavía completamente analizadas. El nombre de los fullerens proviene que estas agrupaciones de átomos de carbono se asemejan a las cúpulas geodésicas construidas por Buckminster Fuller. Por el mismo motivo, los fullerens también son llamados "buckyboles" y "buckytubs".
En el carbón vitri es isotròpic, y es más fuerte que el vidrio. A diferencia del grafito normal, las capas grafítiques no se apilan las unas sobre las otras, sino que están organizadas en todas direcciones.
Un otra sustancia es la fibra de carbono, pareciendo al 'carbón vitri' y obtenida estirando fibras orgánicas y carbonitzant-las. De este modo se alinean los planes de carbono en la dirección de la fibra. El resultado son fibras con una resistencia específica más grande que el acero.
También se encuentra formando enlaces covalentes en la química orgánica, de la cual es el pilar básico, y forma parte de todos los seres vivos.
Compuestos
El carbono es el átomo clave en la estructura de las biomolècules o moléculas que forman la materia viva, gracias a su capacidad de formar largas cadenas y anillos, y de formar enlaces covalentes con numerosos elementos, lo cual origina una extraordinaria variedad de moléculas con propiedades físico-químico-biológicas diferentes.
Cuando se une con oxígeno, forma el dióxido de carbono (CO2), es el compuesto que expelemos los animales al respirar, y es absolutamente vital para el crecimiento de las plantas. También puede formar en condiciones de carencia de oxígeno el monóxido de carbono (CO), donde a diferencia del que es normal, el carbono actúa con estado de oxidación 2.
Encontramos grandes cantidades de carbono en la litosfera, sobre todo en el carbonato de calcio (CaCO3), integrando de las rocas calcáreas. La disolución de estos carbonatos o de dióxido de carbono en agua genera el ión carbonato (CO3=), y el ión bicarbonat (HCO3-).
A la natura, a menudo se encuentra sin combinar en los diferentes tipos de carbón (con grados variables de impurezas). El carbón fue usado como combustible fósil, permitiendo la revolución industrial. En los países más ricos, la utilización del carbón ya ha sido reemplazada por la utilización de los hidrocarburos.
Cuando se une con hidrógeno, forma varios compuestos llamados hidrocarburos, esenciales para la industria en forma de combustibles fósiles. Los hidrocarburos más simples son;
- Metano; CH4, el hidrocarburo más simple, un carbono y cuatro hidrógenos
- Età; CH3-CH3
- Propano; CH3-CH2-CH3, usado como combustible industrial
- Butano; CH3-CH2-CH2-CH3, Usado como combustible doméstico
- Pentà; CH3-CH2-CH2-CH2-CH3
- . ..
El gas natural, el petróleo, la gasolina y el alquitrán son mezclas de hidrocarburos de diferentes longitudes, y con diferentes propiedades, que pueden además incluir otras sustancias.
Cuando se combina con oxígeno e hidrógeno , forma muchos grupos de compuestos, incluidos los ácidos grasos, esenciales para la vida, y los ésteres, que dan gusto a muchas frutas.
Precauciones
Los compuestos de carbono tienen una gran variedad de efectos tóxicos. El monóxido de carbono (CO), presente en los gases de escapament de los motores de combustión, y el cianuro (CN-), que a veces contamina las minas, son extremaments tóxicos por los mamíferos. Otros muchos compuestos no son tóxicos, sino esenciales por la vida, pero presentan otros peligros. Gases orgánicos como el etileno (CH2=CH2), el acetileno (HC≡CH), y el metano (CH4) son explosivos e inflamables si se los mezcla con aire.
Usos
Las minas de lápices por los lápices recargables están hechos de grafito.
Bastones de carbón vegetal.
Trapo hecho de filamentos de carbono tejidos.
Cristal único de carburo de silicio.
El ful·lerè C60 en forma cristalina.
Brocas de fresar hechos de carburo de tungsteno.El carbono es esencial por todos los seres vivos, y sin él no podría existir la vida tal como se conoce (ved bioquímica alternativa). Aparte de la comida y la madera, el uso económico principal del carbono es en forma de hidrocarburos, especialmente el combustible fósil gas metano y crudo (petróleo). El crudo es utilizado por la industria petroquímica para producir, entre otras, gasolina y querosè , mediante un proceso de destilació a las refinerías. La celulosa es un polímero portador de carbono natural, producido por las plantas en forma de algodón, lino y cáñamo . La celulosa se usa principalmente para mantener la estructura en las plantas. Algunos polímeros de carbono con valor comercial de origen animal incluyen la lana , la cachemira y la seda . Los plásticos se elaboran a partir de polímeros sintéticos de carbono, incluyendo a menudo átomos de oxígeno y de nitrógeno a intervalos regulares a lo largo de la cadena principal del polímero. La materia primera de gran parte de estos sustancias sintéticas proviene del crudo.
Los usos del carbono y sus compuestos son extremamente variados. Puede formar aleaciones con el hierro, el más común del cual es el acero al carbono. El grafito se combina con arcillas para formar la mina de los llapissos que se utiliza para escribir y dibujar. También es utilizado como lubricant y como pigmento, como material de molle en la fabricación de vidrio , en electrodos, por baterías secas, en la galvanoplastia y la electroconformació, en cepillos por motores eléctricos, y como moderador de neutrones en reactores nucleares.
El carbón vegetal es utilizado como material de dibujo enel arte, para cocinar alimentos a la parrilla, y en otros muchos usos como por ejemplo la fundición del acero. La madera, el carbón y el petróleo son utilizados como combustible para producir energía y calor. Los diamantes de calidad son utilizados en la joyería, y los diamantes industriales sirven para perforar, cortar y pulir herramientas para tratar metales y piedra. Los plásticos están hechos de hidrocarburos fósiles, y la fibra de carbono, elaborada por piròlisi de fibras de poliéster sintético, sirve para reforzar plásticos para formar materiales compòsits avanzados y de bajo peso. La fibra de carbono se forma por piròlisi de filamentos extrudits y estirados de poliacrilonitril (PAN) y otras sustancias orgánicas. La estructura cristal·logràfica y las propiedades mecánicas de la fibra dependen del tipo de material inicial y del procesamiento posterior. Las fibras de carbono hechas a partir de PAN tienen una estructura que parece filamentos estrechados de grafito, pero se puede reordenar la estructura en un manto continuo mediante procesamiento térmico. El resultado son fibras con una resistencia específica a la tracción más alta que la del acero.
Ved también
Referencias
- ↑ «Entrada "carbono"». La Enciclopedia. Grande Enciclopèdia Catalana. [Consulta: 8 de mayo del 2009].
- ↑ Chemistry Operations. «Carbon». Los Alamos National Laboratory, December 15, 2003. [Consulta: 09-10-2008].
- ↑ «Biological Abundance of Elementos». The Internet Encyclopedia of Science. [Consulta: 09-10-2008].
- ↑ Libby, W. F.. Radiocarbon dating. Chicago University Press and references therein, 1952.
- ↑ Westgren, A.. «The Nobel Prize in Chemistry 1960». Nobel Foundation, 1960. [Consulta: 25-11-2007].
- ↑ P. Falkowski, R. J. Scholes, E. Boyle, J. Canadell, D. Canfield, J. Elser, N. Gruber, K. Hibbard, P. Högberg, S. Linder, F. T. Mackenzie, B. Moore III, T. Pedersen, Y. Rosenthal, S. Seitzinger, V. Smetacek, W. Steffen.. «The Global Carbon Cycle: A Test of Our Knowledge of Earth as a System». Science, vol. 290, 5490, pág. 291–296.
- ↑ «World of Carbon». [Consulta: 09-10-2008].
Enlaces externos
- El carbono a la Tabla periódica de Vídeos (inglés)
- El carbono a WebElements.cómo (inglés)
- El carbono a Chemicool.cómo (inglés)
- Usos electroquímicos del carbono (inglés)
mhr:Шӱйдӱҥpnb:کاربن
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