Search

Cargando...

Seguidores

Contador de Visitas

Con la tecnología de Blogger.
viernes, 2 de septiembre de 2011

Alotropía del Carbono


 Esta palabra deriva de las raíces griegas: Allos (otros) y Tropos (cambio).
 Es la capacidad de un elemento de presentarse de manera distinta dentro del mismo estado de agregación, lo cual se debe a la forma diferente en que se ordenan sus átomos como oxígeno atmosférico (O2) y como ozono (O3), o con características físicas distintas, como el fósforo, que se presenta como fósforo rojo y fósforo blanco (P4), o el carbono, que lo hace como grafito, diamante, fullereno y nanotubos.

Formas Alotrópicas y Estructura de los Carbono


Todos los materiales de carbón están compuestos de átomos de carbono. Sin embargo, dependiendo de la organización que presenten estos átomos de carbono, los materiales de carbón pueden ser muy diferentes unos de otros. Las estructuras a las que dan lugar las diversas combinaciones de átomos de carbono pueden llegar a ser muy numerosas. En consecuencia, existen una gran variedad materiales de carbón.

Para intentar explicar las diferentes estructuras de los carbones conviene empezar a una escala atómica. Así, los átomos de carbono poseen una estructura electrónica 1s2 2s2 2p2, lo que permite que los orbitales atómicos de los átomos de carbono puedan presentar hibridaciones del tipo: sp, sp2 y sp3.  

Grafito


Img 1. Estructura del Grafito
Es una forma alotrópica del elemento carbono. Está constituido por láminas planas de átomos de carbono que forman un sistema de anillos condensados.(ver imagen 1). Las láminas están ordenadas en forma hexagonal y paralelas entre sí. Hay dos formas alotrópicas con diferentes secuencias de apilamiento: hexagonal y romboédrico. En cada lámina, cada átomo de carbono está unido a otros tres por medio de enlaces covalentes formando una serie continua de hexágonos. En el grafito hexagonal, la distancia entre los planos es de 0.3354, más del doble de la distancia del enlace C-C en los planos basales. Esto indica que la interacción entre láminas aromáticas es débil. Se asume que las láminas están unidas mediante enlaces de van der Waals e interacciones p-p, formando una red cristalina tridimensional.

Diamante


Img 1 Diamante

El diamante es uno de los alótropos del carbono mejor conocidos, cuya dureza y alta dispersión de la luz lo hacen útil para aplicaciones industriales y joyería. El diamante es el mineral natural más duro conocido, lo que lo convierte en un abrasivo excelente y le permite mantener su pulido y lustre extremadamente bien. No se conocen sustancias naturales que puedan rayar, o cortar, un diamante. (ver imagen 1)


El mercado para los diamantes de grado industrial opera de un modo muy diferente a su contraparte de grado gema. Los diamantes industriales son valuados principalmente por su dureza y conductividad térmica, haciendo muchas de las características gemología gemológicas del diamante, incluyendo claridad y color, principalmente irrelevantes. Esto ayuda a explicar por qué el 80% de los diamantes minados (aproximadamente igual a 100 millones de quilates, o 20000 kg anuales), inadecuados para uso como gemas y conocidos como bort, son destinados para uso industrial. Además de los diamantes minados, los diamantes sintéticos encontraron aplicaciones industriales casi inmediatamente después de su invención en la década de 1950; otros 400 millones de quilates (80000 kg) de diamantes sintéticos son producidos anualmente para uso industrial casi cuatro veces la masa de diamantes naturales minados en el mismo período.

Nanotubos y Fullerenos

Los nanotubos de carbono (CNT), que fueron descubiertos en 1991 y desarrollados a partir de ese año,  son unos materiales formados únicamente por carbono, donde la unidad básica es un plano grafítico enrollado que forma un cilindro, formando unos tubos cuyo diámetro es del orden de algunos nanometros.
Su estructura puede considerarse procedente de una lámina de grafito enrollada sobre sí misma (ver imagen 1). Dependiendo del grado de enrollamiento y la manera como se conforma la lámina original, el resultado puede llevar a nanotubos de distinto diámetro y geometría interna. 
Img 1. Estructura del Nanotubo


Nanotubos
Los nanotubos conformados como si las esquinas de un folio se uniesen por sus extremos formando un canuto, se denominan nanotubos monocapa, o SWNTs (Single-Walled Nanotubes) Existen también nanotubos cuya estructura se asemeja a la de una serie de tubos concéntricos, incluidos unos dentro de otros a modo de "muñecas matriuska" y lógicamente de grosores crecientes desde el centro a la periferia. Estos últimos son los nanotubos multicapa o MWNTs (Multi-walled Nanotubes). Se conocen derivados en los que el tubo está cerrado por media esfera de fullereno, y otros que no están cerrados.

Los nanotubos están  siendo estudiados activamente, como los fullerenos por su interés fundamental para la química y por sus aplicaciones tecnológicas. Es, por ejemplo, la primera sustancia conocida por la humanidad capaz de sustentar indefinidamente su propio peso, una condición necesaria para la construcción de un ascensor espacial.

Nanoespuma

Nanoespuma
En 1997 científicos de Australia, Rusia y Grecia produjeron una nueva forma de partículas manométricas de carbón. Este material es la nanoespuma de carbono (carbon nanofoam), compuesta por una red de nanotubos de carbono de forma esponjosa. De hecho, estas nanoespumas de carbono se descubrieron accidentalmente tratando de sintetizar nanotubos y fullerenos.  Estos materiales se obtuvieron por primera vez disparando un láser de alta potencia sobre carbón vítreo en una cámara de argón, lo que produce temperaturas del orden de los 10.000 ºC que evaporan los átomos de carbono. Estos átomos se recombinan en una forma alotrópica intermedia entre el grafito (C sp2) y el diamante (C sp3), para dar lugar a estas espumas. La nanoespuma de carbono está considerada como una nueva forma alotrópica del carbono. A escala atómica cada unidad posee unos 6 nm  de anchura y presenta aproximadamente unos 4.000 átomos de carbono que se combinan en hexágonos y heptágonos dando lugar, al contrario de los fullerenos, a una curvatura inversa. Estas estructuras presentan un electrón desapareado.