El grafeno es un material bidimensional compuesto exclusivamente de carbono con propiedades únicas como su dureza, elasticidad, conductividad eléctrica y térmica. El coltán es un mineral formado por niobio y tantalio que se utiliza para fabricar condensadores necesarios en dispositivos electrónicos, aprovechando la capacidad del tantalio de almacenar carga eléctrica. Ambos materiales, grafeno y coltán, son esenciales para la fabricación de numerosos aparatos tecnológicos modernos.

1. GRAFENO Y COLTAN
KELLY ESTEFANY GUALTERO ALTURO

2. GRAFENO

3. ¿Qué es grafeno?
 Al igual que la mina de un lápiz (grafito) o el diamante, el grafeno es una sustancia
compuesta exclusivamente por carbono. Sin embargo, tanto su aspecto como sus
propiedades son completamente diferentes. Entonces, ¿Cuál es la diferencia entre
el grafeno y el resto de compuestos de carbono?

4. Estructura química del grafeno
 Como ocurre con todos los materiales de la naturaleza, lo que realmente define las
propiedades del grafeno es la disposición de sus electrones, es decir, la forma en la
que los átomos de carbono se unen entre sí.
 En el grafeno, cada átomo de carbono dispone de cuatro electrones con los que
interacciona con el resto de átomos adyacentes (electrones de valencia). Tres de
estos electrones se unen con sendos electrones de los tres átomos de carbono
adyacentes. Éstos enlaces se forman en ángulos de 120º sobre un mismo plano en
lo que se conoce como enlaces covalentes.
 Se forma así una red (un cristal) en dos dimensiones de átomos fuertemente
unidos. Pero… ¿qué sucede con el cuarto electrón del carbono?

5. El cuarto electrón de los átomos de
carbono.
 El cuarto electrón de los átomos de carbono se encuentra libre, perpendicular a la
placa de grafeno (por encima o por debajo de ella).
 Como a los electrones no les gusta estar solos, en el caso del grafeno tienden a
unirse con los electrones libres de átomos adyacentes. Ésta formación se conoce
como orbitales tipo π.
 La formación de orbitales tipo π es un poco forzosa y se da cuando los electrones
libres no encuentran nada más a lo que unirse. Es por ello que, en caso de tener
otras sustancias cerca, los electrones libres preferirán unirse a ellas. Cuando hay
otras láminas de grafeno cerca, sus electrones libres se unen formando grafito.
 ¿Te habías imaginado alguna vez que tenías el grafeno tan cerca? Cada vez que
escribes utilizando un lapicero exfolias el grafito dejando láminas sobre el papel. Es
realmente similar al grafeno.

6. ¿El grafeno es un material duro?
 ¿Crees que el acero es duro? Pues si consiguieras tener una lámina de un átomo de
grosor de acero y la comparases con el grafeno podrías comprobar que el grafeno
es más de 100 veces más duro. De hecho, el grafeno es más duro que el diamante.

7. ¿Qué color tiene el grafeno?
 Si te has encontrado con alguna imagen sobre el grafeno probablemente hayas
visto que tiene un color plateado metálico, ésto se debe a que tiene interacciones
similares a las del grafito. Sin embargo, el grafeno es transparente.

8. ¿Cómo es de rígido el grafeno?
 Siendo un material tan duro… será tremendamente rígido, ¿verdad?
 Muchas personas asocian la dureza con la rigidez. Sin embargo, son propiedades
completamente diferentes. En el caso del grafeno ésto tampoco se cumple. De
hecho, el grafeno es un material increíblemente elástico, más que la fibra de
carbono.

9. ¿Cuánto pesa el grafeno?
 De por sí el grafeno pesa mucho menos que el resto de metales con características
similares. Pero hay más, mucho más.
 Con el grafeno se puede producir aerogel de grafeno, un material unas 6 veces
menos pesado que el aire que se comporta como una super esponja. El aerogel de
grafeno puede absorber 900 veces su peso.

10. ¿Cómo se comporta con la temperatura?
 El grafeno presenta una gran conductividad térmica. Puede ser utilizado, por
ejemplo, como disipador. Ésto puede reducir el uso de elementos activos para la
reducción de temperatura (ventiladores). Se evita así uno de los factores más
limitantes en el desarrollo de pequeños dispositivos al tiempo que se reduce el
consumo.
 ¿Es ésto todo? Una vez más, no.
 Entre las propiedades del grafeno una de las más llamativas es su capacidad de
autoenfriarse, es decir, sirve como disipador, pero él mismo no los necesita.

11. ¿Conduce la electricidad?
 Digamos que el problema real es frenarlo. El grafeno es un increíble conductor
eléctrico que casi no se calienta cuando conduce. Es tan sensible a la hora de
conducir, que puede generar electricidad al incidirle la luz.
 Además, se pueden introducir pequeñas modificaciones en la estructura del
grafeno para modificar su conductividad a voluntad.

12. ¿Qué pasa si consigo romperlo?
 Como aprendiste en el tramo anterior del viaje, las uniones de los átomos de cada
lámina son increíblemente fuertes. Si consiguieses rasgar una lámina de grafeno, la
fuerza eléctrica de las uniones libres atraerían otros átomos de carbono. Sí, se
autorrepara.

13. ¿Y si lo pongo en agua?
 Los átomos de carbono son tan pequeños y están tan fuertemente unidos que casi
nada puede atravesar una lámina de grafeno (ni el helio, que es una de las
moléculas más pequeñas que conocemos). Sin embargo, con el agua el grafeno
hace una excepción, lo atraviesa como si no hubiera nada.

14. ¿Para qué sirve el grafeno?
 Baterías de grafeno
 Cableado
 Pantallas y displays flexibles.
 Equipos de audio
 Sensores fotográficos
 Placas fotovoltaicas
 Generadores eléctricos
 Procesadores a THz
 Ingeniería biológica

15.  Piezas mecánicas
 Filtros semipermeables
 Pinturas

16. COLTAN

17. ¿Qué es coltan?
 El coltan es un mineral, combinación de niobio y tantalio, hasta hace poco
desconocido.
 El coltan o coltán es una mezcla de los minerales columbita (una mena de
columbio o niobio) y tantalita (una mena de Tantalio). El coltán es de color gris
metálico oscuro. Sabemos, por tanto, para qué se usa. Sabemos de dónde se
extrae. Pero en general, cuando se habla de este mineral, a la mayoría se le olvida
decir lo que es. La palabra coltán es una abreviatura de columbita-tantalita.
 Se trata de un mineral que se utiliza para fabricar componentes claves de los
móviles, smartphones y dispositivos electrónicos portátiles cada vez más potentes
y sofisticados.

18. ¿Para qué se utilizan?
 En el mundo hay plantas que trituran el coltan para extraer tantalio y niobio,
empleados en la fabricación de condensadores y chips, requeridos por
computadores, celulares, juegos electrónicos, armas, etc.

19. ¿Puede almacenar carga eléctrica?
 El tantalio es un superconductor que puede almacenar carga eléctrica y liberarla
cuando se requiera. Es además bastante resistente a la corrosión.

20. Su aplicación
 Se trata de un recurso estratégico imprescindible en la fabricación de componentes
electrónicos avanzados. El tántalo se usa principalmente en la elaboración de
condensadores. El condensador electrolítico de tántalo es, en la actualidad, un tipo
bastante común de condensador presente en gran cantidad de dispositivos
electrónicos, como en teléfonos móviles, computadoras, pantallas de plasma,
cámaras digitales o equipos de alta tecnología como, por ejemplo, los satélites
artificiales. Estos dispositivos son cada vez más pequeños, delgados y fiables
gracias, en gran parte, al uso de los condensadores electrolíticos SMD de tántalo,
que han ido sustituyendo a los condensadores electrolíticos tradicionales. Aunque
la mayoría de los dispositivos electrónicos pueden funcionar con condensadores
electrolíticos normales, los condensadores electrolíticos de tántalo tienen valores
de capacidad eléctrica más exactos y, en especial, son mucho más pequeños.

21. Esto los hace ideales para las exigencias actuales de miniaturización de los
dispositivos electrónicos. La gran demanda de estos condensadores ha elevado el
precio del tántalo. Un condensador de tántalo cuesta más que un condensador
electrolítico normal de las mismas características.
Otro campo de aplicación interesante de este metal es el de las comunicaciones
ópticas. El niobato de litio (LiNbO3) se usa en guías de onda, moduladores y
conmutadores optoelectrónicos o láseres. Este compuesto es clave para poder
elaborar redes de fibra óptica más rápidas y eficientes, y así, entre otras cosas,
poder disfrutar de conexiones más rápidas a Internet.