Plazo

• allotropesDifferent formas de un elemento químico.

La alotropía es la propiedad de algunos elementos químicos de existir en dos o más formas diferentes, o alótropos, cuando se encuentran en la naturaleza. Hay varios alótropos de carbono.

Diamond

El diamante es probablemente el alótropo de carbono más conocido. Los átomos de carbono están dispuestos en una red, que es una variación de la estructura cristalina cúbica centrada en la cara. Tiene cualidades físicas superlativas, la mayoría de las cuales se originan en la fuerte unión covalente entre sus átomos. Cada átomo de carbono en un diamante está unido covalentemente a otros cuatro carbonos en un tetraedro. Estos tetraedros juntos forman una red tridimensional de anillos de carbono de seis miembros en la conformación de la silla, lo que permite una tensión de ángulo de enlace cero. Esta red estable de enlaces covalentes y anillos hexagonales es la razón por la que el diamante es tan increíblemente fuerte como sustancia.

Como resultado, el diamante exhibe la mayor dureza y conductividad térmica de cualquier material a granel. Además, su celosía rígida evita la contaminación por muchos elementos. La superficie del diamante es lipofílica e hidrofóbica, lo que significa que no puede mojarse con el agua, sino que puede estar en aceite. Los diamantes generalmente no reaccionan con reactivos químicos, incluidos ácidos y bases fuertes. Los usos del diamante incluyen corte, taladrado y rectificado; joyería; y en la industria de semiconductores.

Grafito

El grafito es otro alótropo de carbono; a diferencia del diamante, es un conductor eléctrico y un semi metal. El grafito es la forma más estable de carbono en condiciones estándar y se utiliza en termoquímica como el estado estándar para definir el calor de formación de compuestos de carbono. Hay tres tipos de grafito natural:

1. Grafito en escamas cristalino: partículas aisladas, planas, en forma de placa con bordes hexagonales
2. Grafito amorfo: partículas finas, el resultado del metamorfismo térmico del carbón; a veces llamado meta-antracita
3. Grafito en grumos o vetas: se produce en venas de fisuras o fracturas, aparece como crecimientos de agregados cristalinos fibrosos o aciculares

El grafito tiene una estructura plana en capas. En cada capa, los átomos de carbono están dispuestos en una red hexagonal con separación de 0,142 nm, y la distancia entre planos (capas) es de 0,335 nm. Las dos formas conocidas de grafito, alfa (hexagonal) y beta (romboédrico), tienen propiedades físicas muy similares (excepto que las capas se apilan ligeramente diferente). El grafito hexagonal puede ser plano o abrochado. La forma alfa se puede convertir a la forma beta a través del tratamiento mecánico, y la forma beta vuelve a la forma alfa cuando se calienta por encima de 1300 °C. El grafito puede conducir electricidad debido a la gran deslocalización de electrones dentro de las capas de carbono; como los electrones son libres de moverse, la electricidad se mueve a través del plano de las capas. El grafito también tiene propiedades autolubricantes y lubricantes en seco. El grafito tiene aplicaciones en materiales protésicos que contienen sangre y materiales resistentes al calor, ya que puede resistir temperaturas de hasta 3000 °C.

Una sola capa de grafito se denomina grafeno. Este material muestra propiedades eléctricas, térmicas y físicas extraordinarias. Es un alótropo de carbono cuya estructura es una sola lámina plana de átomos de carbono enlazados con sp2 que están densamente empaquetados en una celosía de cristal de nido de abeja. La longitud del enlace carbono-carbono en grafeno es ~0.142 nm, y estas hojas se apilan para formar grafito con un espaciado interplanar de 0,335 nm. El grafeno es el elemento estructural básico de los alótropos de carbono, como el grafito, el carbón vegetal, los nanotubos de carbono y los fullerenos. El grafeno es un semiconductor semi-metálico o de espacio cero, lo que le permite mostrar una alta movilidad de electrones a temperatura ambiente. El grafeno es una nueva y emocionante clase de material cuyas propiedades únicas lo convierten en objeto de investigación continua en muchos laboratorios.

Carbono amorfo

El carbono amorfo se refiere al carbono que no tiene una estructura cristalina. A pesar de que se puede fabricar carbono amorfo, todavía existen algunos cristales microscópicos de carbono similar al grafito o al diamante. Las propiedades del carbono amorfo dependen de la relación de enlaces hibridados sp2 a sp3 presentes en el material. El grafito consiste puramente en enlaces hibridados sp2, mientras que el diamante consiste puramente en enlaces hibridados sp3. Los materiales que son altos en enlaces hibridados sp3 se conocen como carbono amorfo tetraédrico (debido a la forma tetraédrica formada por enlaces hibridados sp3), o carbono similar al diamante (debido a la similitud de muchas de sus propiedades físicas con las del diamante).

Fullerenos y Nanotubos

Los nanomateriales de carbono constituyen otra clase de alótropos de carbono. Los fullerenos (también llamados buckyballs) son moléculas de diferentes tamaños compuestas enteramente de carbono que toman la forma de esferas huecas, elipsoides o tubos. Los buckyballs y los buckytubes han sido objeto de una intensa investigación, tanto por su química única como por sus aplicaciones tecnológicas, especialmente en ciencia de materiales, electrónica y nanotecnología. Los nanotubos de carbono son moléculas cilíndricas de carbono que exhiben una fuerza extraordinaria y propiedades eléctricas únicas y son conductores eficientes de calor. Los nanobuds de carbono son alótropos recién descubiertos en los que «cogollos» similares al fullereno se unen covalentemente a las paredes laterales externas de un nanotubo de carbono. Por lo tanto, los nanobúd exhiben propiedades tanto de nanotubos como de fullerenos.

Carbono vítreo

El carbono vítreo o vítreo es una clase de carbono ampliamente utilizado como material de electrodo en electroquímica, así como en dispositivos protésicos y crisoles de alta temperatura. Sus propiedades más importantes son resistencia a altas temperaturas, dureza, baja densidad, baja resistencia eléctrica, baja fricción, baja resistencia térmica, resistencia extrema al ataque químico e impermeabilidad a gases y líquidos.

Otros alótropos

Otros alótropos de carbono incluyen nanoam de carbono, que es un conjunto de racimo de baja densidad de átomos de carbono unidos en una red tridimensional suelta; carbono atómico y diatómico puro; y carbono acetilénico lineal, que es un polímero de carbono unidimensional con la estructura-(C:::C)n -.