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PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DEL CARBONO

El carbono es un elemento único en la naturaleza ya que tiene la cualidad de formar un número muy grande de compuestos, característica que no presentan el resto de elementos que existen en nuestro entorno. Se encuentra libre en la corteza terrestre en diferentes formas alotrópicas.

Las propiedades físicas y químicas del carbono dependen de la estructura cristalina del elemento. Un gran número de metales se combinan con el elemento a temperaturas elevadas para formar carburos.

Con el oxígeno forma tres compuestos gaseosos: monóxido de carbono, CO, dióxido de carbono, CO2, y subóxido de carbono, C3O2.

El carbono es un elemento único en la química porque forma un número de compuestos mayor que la suma total de todos los otros elementos combinados.

El grupo más grande de estos compuestos es el constituido por carbono e hidrógeno. Se estima que se conoce un mínimo de 1.000.000 de compuestos orgánicos.

Las propiedades físicas de las tres formas difieren considerablemente a causa de las diferencias en su estructura cristalina.

El carbono tiene la capacidad única de enlazarse con otros átomos de carbono para formar compuestos en cadena y cíclicos muy complejos. Esta propiedad conduce a un número casi infinito de compuestos de carbono, siendo los más comunes los que contienen carbono e hidrógeno.

Hay dos modelos que se complementan para explicar la estructura atómica del carbono. El Modelo de Bohr y el Modelo de puntos de Lewis que se muestran a continuación:

Los electrones de este átomo se distribuyen en dos niveles: dos electrones en el primer nivel energético y cuatro en el segundo. Esta configuración electrónica hace que los átomos de carbono tengan múltiples posibilidades para unirse a otros átomos de manera que después de combinarse tenga su nivel externo completo.

En una estructura de Lewis el número de electrones sin pareja determina el número de enlaces que se pueden formar en un átomo. Así los átomos de carbono tendrán la posibilidad de formar cuatro enlaces; ya que, en general, los átomos tienden a tener completa su capa de valencia para lograr su estabilidad energética; en el caso del Carbono esto se logra al unirse con otros elementos mediante la compartición de electrones, es decir, enlace covalente.

Video

Para tener una mejor idea de las propiedades químicas y físicas del carbono el siguiente video muestra como es que se trabaja con el en química. Da una introducción hacia lo que llamamos Química Orgánica, resume brevemente lo alotropos del carbono. Por medio de esquemas se va explicando el tema de manera que el estudiante comprenda mejor los conceptos que se usan en química orgánica.

A pesar de unas fallas de sonido (pequeños ruidos molestos) se pude entender claro la idea.

Alotropos	Densidad	Dureza	Solubilidad	P. Fusión	Conductibilidad	Composición química	Usos
Grafito	Su peso específico de 2.23,	Su dureza de 1-2	Se mezcla fácilmente con otros materiales tanto líquidos como sólidos.	Siendo poco afectado por temperaturas superiores a los 3,000ºC	Es buen conductor de electricidad.	Se enlaza a otros 3 átomos, formando una figura trigonal plana. El carbono se hibrida en forma sp2.	Se utiliza en los reactores nucleares y en la fabricación de arandelas, pistones y otros objetos que se utilizan en el ámbito de la ingeniería.
Diamante	3,15 y 3,53 g/cm3; para los cristales más puros es de 3,52.	Es el más duro de los alotropos del carbono	Solo es posible de este sea soluble si aumenta la temperatura o la presión baja.	Alcanzan una temperatura de unos 800º C, formando dióxido de carbono.	Malos conductores de electricidad,	Cristales de carbón. C9.5	Se utiliza en diversas aplicaciones industriales. Valiosos para la joyería.
Carbono vegetal	El carbón tiene un peso especifico de 0,3 á 0,5 kgf/dm3 ,	Su dureza es entre 0.5 y 2.5.	Si es soluble en agua,	Alcanza temperaturas de hasta temperaturas que oscilan entre 400 y 700 °C	Es buen conductor de electricidad eléctrica.	C9.0	En su mayoría se emplea el carbón vegetal como combustible o pigmento de color negro.
Carbono amorfo	Tiene una densidad exacta de 2,26 g/mol	Es uno de los más frágiles	Este es insoluble.	3727 C°	Es excelente conductor de electricidad debido a sus enlaces.	La molécula de C63	Se usa como aditivo para el acero para hacer mas rígidas las estructuras y menos flexibles, hasta en los autos de carrera se usa fibra de carbono para poder resistir los impactos, e incluso en las sondas espaciales se usa fibra de carbono.
Fullereno	Es un sólido negro de densidad 1,68 g/cm3	Es muy frágil, pues en si su composición s como la de un cristal.	Son solubles en ciertos disolventes orgánicos e insolubles en disolventes polares o con enlaces de hidrógeno (agua)		Es buen conductor de leectricidad.	Formado por 60 átomos de carbono (C60),	Gracias a la incorporación de fullerenos en los polímeros, se conseguirían propiedades electroactivas y de limitación óptica. Esto podría tener sobre todo aplicación en recubrimiento de superficies, dispositivos conductores y en la creación de nuevas redes moleculares. También son de aplicación en el campo de la medicina.