monografia de carbono

1. I.S.F.D “JOSE MANUEL ESTRADA”
PROFESORADO EN TECNOLOGIA
ALUMNA: SALAS LUCRECIA
GUADALUPE
CURSO: 2° 1°
CICLO LECTIVO: 2011

2. Índice
HISTORIA ........................................................................................................................................... 3
CARACTERÍSTICAS .......................................................................................................................... 4
ESTADOS ALOTRÓPICOS ................................................................................................................ 4
FULERENO C60. ................................................................................................................................... 5
APLICACIONES ................................................................................................................................. 6
COMPUESTOS INORGÁNICOS ....................................................................................................... 7
ISÓTOPOS ........................................................................................................................................... 7
PRECAUCIONES ................................................................................................................................ 8
BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................................. 8
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3. Historia
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
contiene 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 Estados Unidos, Rusia, 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).[cita requerida] Existen además
depósitos importantes en Canadá, Rusia, Brasil y Australia.[cita requerida]
 Carbono es un elemento químico de número atómico 6 y símbolo C. Es sólido a
temperatura ambiente. Dependiendo de las condiciones de formación, puede
encontrarse en la naturaleza en distintas formas alotrópicas, carbono amorfo y
cristalino en forma de grafito o diamante. Es el pilar básico de la química
orgánica; se conocen cerca de 16 millones de compuestos de carbono,
aumentando este número en unos 500.000 compuestos por año, y forma parte de
todos los seres vivos conocidos. Forma el 0,2 % de la corteza terrestre.
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4. Características
El carbono es un elemento notable por varias razones. Sus formas alotrópicas incluyen,
sorprendentemente, una de las sustancias más blandas (el grafito) y la más dura (el
diamante) y, desde el punto de vista económico, uno 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 óxido de carbono (IV),
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.
Estados alotrópicos
Se conocen cinco formas alotrópicas del carbono, además del
amorfo: grafito, diamante, fulerenos, nanotubos y carbinos.2
Una de las formas en que se encuentra el carbono es el grafito, que
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, su textura, fuerza y color son diferentes. Los diamantes naturales se
forman en lugares donde el carbono ha sido sometido a grandes presiones y altas
temperaturas. Los diamantes se pueden crear artificialmente, sometiendo el grafito a
temperaturas y presiones muy altas. Su precio es menor al de los diamantes naturales,
pero si se han elaborado adecuadamente tienen la misma fuerza, color y transparencia.
El 22 de marzo de 2004 se anunció el descubrimiento de una sexta forma alotrópica: las
nanoespumas.3
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 sp.
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5. Disposición geométrica de los orbitales híbridos sp 2.
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 3 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 ésta recristalizar en
forma alfa al calentarse por encima de 1000 °C.
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 sp 3.
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 sp 3, 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 sólo es de interés en química,
manifestándose en algunos compuestos, como por ejemplo el acetileno.
Fulereno C60.
Los fulerenos 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
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6. fútbol, es especialmente estable. Los fulerenos 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 rematada en sus extremos por
hemiesferas (fulerenos), y que constituyen uno de los primeros productos industriales de
la nanotecnología.
Aplicaciones
El principal uso industrial del carbono es como 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 fulerenos que
pueden ser extraídos con disolventes orgánicos.
 La fibra de carbono (obtenido generalmente por termólisis de fibras de
poliacrilato) se añade a resinas de poliéster, donde mejoran mucho la resistencia
mecánica sin aumentar el peso, obteniéndose los materiales denominados fibras
de carbono.
 Las propiedades químicas y estructurales de los fulerenos, en la forma de
nanotubos, prometen usos futuros en el incipiente campo de la nanotecnología.
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7. Compuestos inorgánicos
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.
Isótopos
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.
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8. Precauciones
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 tóxicas 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.
Bibliografía
 Wikimedia Commons.
 Wikcionario
 WebElements.com - Carbono
 EnvironmentalChemistry.com - Carbono
 It's Elemental - Carbono
 Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo de España Ficha
internacional de seguridad química del carbono.
Obtenido de «http://es.wikipedia.org/wiki/Carbono»
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