sábado, 16 de junio de 2007

carbono como compuesto organico

Propiedades
La masa atómica del carbono es 12,01115. Las tres formas de carbono elemental existentes en la naturaleza (diamante, grafito y carbono amorfo) son sólidos con puntos de fusión extremadamente altos, e insolubles en todos los disolventes a temperaturas ordinarias. Las propiedades físicas de las tres formas difieren considerablemente a causa de las diferencias en su estructura cristalina. En el diamante, el material más duro que se conoce, cada átomo está unido a otros cuatro en una estructura tridimensional, mientras que el grafito consiste en láminas débilmente unidas de átomos dispuestos en hexágonos.
El carbono amorfo se caracteriza por un grado de cristalización muy bajo. Puede obtenerse en estado puro calentando azúcar purificada a 900 °C en ausencia de aire.
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. Sus primeros compuestos fueron identificados a principios del siglo XIX en la materia viva, y debido a eso, el estudio de los compuestos de carbono se denominó química 'orgánica' (véase Química orgánica
Estado natural
El carbono es un elemento ampliamente distribuido en la naturaleza, aunque sólo constituye un 0,025% de la corteza terrestre, donde existe principalmente en forma de carbonatos. El dióxido de carbono es un componente importante de la atmósfera y la principal fuente de carbono que se incorpora a la materia viva. Por medio de la fotosíntesis, los vegetales convierten el dióxido de carbono en compuestos orgánicos de carbono, que posteriormente son consumidos por otros organismos (véase Ciclo del carbono

Nombre
Carbono
Número atómico
6
Valencia
2,+4,-4
Estado de oxidación
+4
Electronegatividad
2,5
Radio covalente (Å)
0,77
Radio iónico (Å)
0,15
Radio atómico (Å)
0,914
Configuración electrónica
1s22s22p2
Primer potencial de ionización (eV)
11,34
Masa atómica (g/mol)
12,01115
Densidad (g/ml)
2,26
Punto de ebullición (ºC)
4830
Punto de fusión (ºC)
3727
Descubridor
Los antiguos


Carbono
El carbono es único en la química porque forma un número de compuestos mayor que la suma total de todos los otros elementos combinados.
Con mucho, 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 y este número crece rápidamente cada año. Aunque la clasificación no es rigurosa, el carbono forma otra serie de compuestos considerados como inorgánicos, en un número mucho menor al de los orgánicos.
El carbono elemental existe en dos formas alotrópicas cristalinas bien definidas: diamante y grafito. Otras formas con poca cristalinidad son carbón vegetal, coque y negro de humo. El carbono químicamente puro se prepara por descomposición térmica del azúcar (sacarosa) en ausencia de aire. Las propiedades físicas y químicas del carbono dependen de la estructura cristalina del elemento. La densidad fluctúa entre 2.25 g/cm³ (1.30 onzas/in³) para el grafito y 3.51 g/cm³ (2.03 onzas/in³) para el diamante. El punto de fusión del grafito es de 3500ºC (6332ºF) y el de ebullición extrapolado es de 4830ºC (8726ºF). El carbono elemental es una sustancia inerte, insoluble en agua, ácidos y bases diluidos, así como disolventes orgánicos. A temperaturas elevadas se combina con el oxígeno para formar monóxido o dióxido de carbono. Con agentes oxidantes calientes, como ácido nítrico y nitrato de potasio, se obtiene ácido melítico C6(CO2H)6. De los halógenos sólo el flúor reacciona con el carbono elemental. Un gran número de metales se combinan con el elemento a temperaturas elevadas para formar carburos

CARBONO EN LA NATURALEZA

¿En qué formas se presenta el carbono libre en la naturaleza?

El carbono es un elemento ampliamente distribuido en la naturaleza, aunque sólo constituye un 0,025% de la corteza terrestre, donde existe principalmente en forma de carbonatos. El dióxido de carbono es un componente importante de la atmósfera y la principal fuente de carbono que se incorpora a la materia viva. Por medio de la fotosíntesis, los vegetales convierten el dióxido de carbono en compuestos orgánicos de carbono, que posteriormente son consumidos por otros organismos (véase Ciclo del carbono).
El carbono amorfo se encuentra con distintos grados de pureza en el carbón de leña, el carbón, el coque, el negro de carbono y el negro de humo. El negro de humo, al que a veces se denomina de forma incorrecta negro de carbono, se obtiene quemando hidrocarburos líquidos como el queroseno, con una cantidad de aire insuficiente, produciendo una llama humeante. El humo u hollín se recoge en una cámara separada. Durante mucho tiempo se utilizó el negro de humo como pigmento negro en tintas y pinturas, pero ha sido sustituido por el negro de carbono, que está compuesto por partículas más finas. El negro de carbono, llamado también negro de gas, se obtiene por la combustión incompleta del gas natural y se utiliza sobre todo como agente de relleno y de refuerzo en el caucho o hule.
En 1985, los científicos volatilizaron el grafito para producir una forma estable de molécula de carbono consistente en 60 átomos de carbono dispuestos en una forma esférica desigual parecida a un balón de fútbol. La molécula recibió el nombre de buckminsterfulereno ('pelota de Bucky' para acortar) en honor a R. Buckminster Fuller, el inventor de la cúpula geodésica. La molécula podría ser común en el polvo interestelar.

DIFERENCIA ENTRE EL DIAMANTE Y EL GRAFITO

¿Qué diferencias existen entre el diamante y el grafito?

Las dos formas del carbono más conocidas, diamante y grafito, se diferen­cian en sus propiedades físicas y químicas debido a las diferencias existen­tes en la ordenación y enlace de los átomos (capítulo 8, página 207). El diamante es más denso que el grafito (3.51 g cm-3 ; 2.22 g cm‑3) pero el grafito es el más estable, por 2.9 kJ mol‑1 a 300 K y 1 atm de presión. A partir de las densidades se deduce que para transformar grato en diaman­te debe aplicarse presión. Partiendo de las propiedades termodinámicas de los alótropos se calcula que éstos deben estar en equilibrio a 300 K bajo una presión de 15 000 atm. Puesto que el equilibrio se alcanza con extremada lentitud a esta temperatura, la estructura del diamante persiste bajo condiciones ordinarias.

Los diamantes pueden producirse a partir del grafito únicamente aplicando grandes presiones, y se necesitan temperaturas altas para lograr una gran velocidad de conversión. Los diamantes que se presentan en la naturaleza deben haberse formado cuando aquellas condiciones se dieron en los procesos geológicos.

Hasta 1955 se publicó el éxito alcanzado en una síntesis de diaman­tes a partir de grafito. Aunque el grafito puede convertirse directamente en diamante a unos 3000 K y presiones superiores a 125 kbar, se utiliza un metal de transición, Cr, Fe o Pt, como catalizador, con objeto de obtener velocidades útiles de conversión. Parece ser que se forma sobre el grafito una película delgada de metal fundido que disuelve parte de aquél y lo reprecipita como diamante, que es menos soluble. Los diamantes hasta 0.1 quilate (20 mg) y de alta calidad industrial pueden producirse en serie a precios competitivos. Se han hecho algunos diamantes con calidad de gemas pero su costo, hasta ahora, ha sido prohibitivo. El diamante arde en el aire a una temperatura de 600 a 800° C pero su reactividad química es mucho menor que la del grafito o del carbono amorfo.

Grafito. Las muchas formas del carbono amorfo, tales como carbones animales, hollín y negro de humo, son todas realmente formas microcrista­linas del grafito. Las propiedades físicas de estos materiales están determi­nadas fundamentalmente por la naturaleza y extensión del área de sus superficies. Las formas finamente divididas que presentan superficies relati­vamente vastas con fuerzas de atracción sólo parcialmente saturadas, absorben fácilmente grandes cantidades de gases y solutos de las disoluciones. Los carbones activos impregnados con paladio, platino u otros metales se utilizan ampliamente como catalizadores industriales.

Un aspecto importante de la tecnología del grafito es la producción de fibras muy fuertes por pirólisis a temperaturas iguales o superiores a 1500° C, o de fibras polímeras orgánicas orientadas, por ejemplo, las de poliacrilonitrilo, ésteres poliacrílicos o celulosa. Cuando se incorporan a los plásticos, los materiales reforzados son ligeros y de gran resistencia. Pueden fabricarse otras formas del grafito tales como espumas, laminillas (panes) 0 grafito acicular.

La estructura de capas poco compacta del grafito permite que muchas moléculas e iones penetren entre las capas para formar los denominados compuestos laminares o de intercalación. Algunos de ellos pueden formarse espontáneamente cuando el reactivo y el grafito entran en contacto. Algunos ejemplos de reactivos son los metales alcalinos, halógenos y haluros metálicos y óxidos, por ejemplo, FeCl3 y MoO3.