Características generales del carbono

La gran cantidad de compuestos de carbono  se explica por el hecho de que el átomo de carbono es singular frente a otros elementos químicos: se puede unir consigo mismo formando cadenas son enlaces C - C

 Los átomos de carbono tienen mayor fuerza de atracción por los electrones en los enlaces químicos. El carbono tiene poca tendencia a formar cationes y aniones

El carbono es el principal elemento que interviene en la química orgánica, es un elemento amplia mente distribuido en la naturaleza, aunque solo constituye el 0.027% de la corteza terrestre, o sea 0.09% en masa.

GRAFITO

· Sólido, suave, resbaladizo, tiene lustre metálico, conductor de la electricidad.

· Formado en láminas paralelas de átomos de carbono que se mantienen unidas por las fuerzas de Lodón en capas hexagonales interconectadas entre sí.

· Densidad: 2 gr/cm3.

· Químicamente poco reactivo

· Se puede preparar fibras de grafito ligeras.

· Se produce piral izando lentamente fibras orgánicas a una temperatura entre 150°C a 300°C para grafitizarlas o sea en forma amorfa a grafito.

DIAMANTE

· Es el material más duro que se conoce, es sólido y transparente.

· En el diamante los átomos de carbono forman redes covalentes, cada átomo está unido a otros cuatro en una estructura tridimensional.

· Densidad: 3.51 gr/cm3

· A temperaturas altas (1x105 atm. Y 300°C) el grafito se convierte en diamante. Cada año se sintetizan 3x104 kg de diamante grado industrial que sirve para cortes en molienda y pulimentos.

· Tiene propiedades alisotropicas.

· No es un conductor de la electricidad.

· Tiene mayor conductividad térmica (entre 4 veces la del cobre o la plata).

· Tiene propiedades ópticas y acústicas en forma excepcional.

BUCKMINSTERFULERENO

En 1985 científicos volatizaron 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”) en honor a R. Buckminster Fuller.

Las tres formas de  carbono elemental existentes en la naturaleza son:

FORMAS MICROCRISTALINAS O AMORFAS DE GRAFITO

HUMO NEGRO

Se forma cuando se calientan hidrocarburos como el metano con una provisión muy limitada de oxígeno.

CH4 (gas) + O2 (gas) C(gas) + 2H2O (vapor)

Se usa como pigmento en tintas negras y en la manufactura de neumáticos para automóvil.

CARBÓN VEGETAL

Se forma secando la madera y quemando en aumento de aire y presenta una

estructura abierta que le da una enorme superficie con unidad de masa.

CARBÓN ACTIVADO

Es una forma pulverizada que se limpia por calentamiento de vapor. Se usa en filtros para eliminar malos olores del aire e impurezas coloridas.

EN FORMA COMBINADA

· Existe principalmente en forma de carbonatos (CO3).

· Como caliza (CaCO3).

· Magnesia (MgCO3).

· Como CO y CO2 en la atmósfera.

· Carbón impuro en la hulla, antracita, lignito, turba y coque.

· En el petróleo, gas natural, en organismos vivos animal y vegetal.

PROPIEDADES FÍSICAS DEL CARBONO

· Estructura cristalina: hexagonal

· Estructura electrónica: [He] 2s2 2p2

· Pertenece a la familia IV A

· No. Atómico z =6

· Masa atómica 12.011

· # Oxidación ± 4 + 2

· Electronegatividad 2.5

· Punto de fusión 3727 °C

· Punto de ebullición 4230 °C

Presenta una masa atómica de 12 y sirve como patrón de una unidad de masa atómica que se define como una masa exacta a igual a 12

El carbón es un sólido natural café oscuro o negro que se usa como combustible y se forma de plantas fósiles y está constituido de carbono amorfo y carbono cristalino.

PROPIEDADES QUÍMICAS DEL CARBONO

· Se une consigo mismo y con otros elementos particularmente la unión carbono-hidrógeno, sobre todo en la química orgánica con una unión covalente (No hay cesión de electrones, se comparten).

· Tiene la capacidad de formar cadenas muy estables de átomos de carbono entre sí con uniones simples, dobles o triples, por lo que se deriva la posibilidad de un enorme número de compuestos orgánicos.

· Se combina con los metales dando Carburos.

Por ejemplo: C + Ca CCa2 Carburo de Calcio

· Con los halógenos solamente lo ataca el flúor.

2F2 + CF4   Fluoruro de carbono.

El carbono se quema en el aire y al rojo descompone al vapor de agua a temperaturas elevadas y en presencia de poco oxigeno formando CO, pero cuando hay presencia de oxigeno da CO2 y simplemente a temperaturas bajas

· El CO es combustible y tiene un carácter muy reductor, muy tóxico.

En presencia de pentoxido de yodo reduce al yodo hasta yodo metálico.

Por medio del análisis espectral o bandas de absorción el CO es un poderoso agente de síntesis, es ideal como combustible y reductor industrial.

-El CO2 no es un combustible, es asfixiante pero no tóxico; en solución

Acuosa es un disolvente del carbonato de calcio.

En su forma sólida constituye la nieve carbónica que se usa en refrigerantes y se une en caliente al carbono dando Oxido Carbónico.

 

HIDROCARBUROS

Los hidrocarburos son los derivados del carbono más sencillos. Resultan de la unión únicamente de átomos de carbono con átomos de hidrógeno y de átomos de carbono entre sí formando cadenas que pueden ser abiertas o cerradas y cuyos «eslabones» pueden estar unidos por enlaces simples o por enlaces múltiples.

De acuerdo a sus esqueletos.

 Cadena abierta. (Átomos de carbono lineales)

 Cadena cerrada. (Cadena cíclica )

       

Compuestos saturados. Aquellos hidrocarburos que presentan únicamente enlaces simples reciben el nombre de hidrocarburos saturados (alcanos). Cuando se refiere a los compuestos saturados es con hidrógenos. ejemplo: butano.

Compuestos no saturados. Los hidrocarburos no saturados se caracterizan,

desde el punto de vista de su estructura molecular, por la presencia de enlaces

dobles ( alquenos ) o triples (alquinos ). Ejemplo: H - C º C - H

ALCANOS

Los hidrocarburos saturados de cadena abierta forman un grupo homólogo denominado alcanos o parafinas. La composición de todos los miembros del grupo responden a la fórmula Cn H2n+2, donde n es el número de átomos de carbono de la molécula.

·          Alifáticos:

·         Alcanos

·         Alquenos

·         Alquinos

·         Aromáticos. Derivados del benceno.

Compuestos inorgánicos que forma el carbono 

Además de los mencionados compuestos orgánicos, el carbono forma también compuestos inorgánicos, entre los cuales se destacan, por sus aplicaciones el sulfato de carbono (CS2), empleado como materia prima en la industria textil para la obtención de fibras sintéticas; el carburo de calcio (CaC2), primer eslabón de numerosos procesos de síntesis en la industria química, y el carburo de silicio (CSi), casi tan duro como el diamante, que forma parte de los componentes de las piedras de afilar y esmeriles utilizados para trabajar metales.

Los óxidos de carbono más importantes son el monóxido de carbono (CO) y el dioxido de carbono (CO2). El primero resulta de la combustión del carbono o compuestos orgánicos carbonados y es un gas tóxico. El dióxido de carbono participa de la composición de la atmósfera y se encuentra también en los manantiales de aguas gaseosas.

Otro grupo de combinaciones carbonadas es constituídos por las sales de ácido carbónico, los carbonatos y bicarbonatos de gran solubilidad. Estos compuestos se licuan a temperatura ambiente y se conservan en estado líquido.

Forman el llamado hielo seco (anhídrido carbónico sólido), material utilizado en refrigeración y conservación, así como en el transporte de frutas.