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Las soluciones acuosas de HCN se conocen como ácido cianhidrico. La neutralización con una base como hidróxido de sodio (NaOH) produce sales de cianuro como el cianuro de sodio (NaCN) | Las soluciones acuosas de HCN se conocen como ácido cianhidrico. La neutralización con una base como hidróxido de sodio (NaOH) produce sales de cianuro como el cianuro de sodio (NaCN) | ||
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| + | * '''Negro de humo''': Pigmento para tintas y producción de goma | ||
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última versión al 15:52 20 nov 2025
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Carbono. El carbono es un elemento químico de número atómico 6. Es sólido a temperatura ambiente. Dependiendo de las condiciones de formación puede encontrarse en la naturaleza en forma cristalina, como es el caso del grafito, el diamante y la familia de los fullerenos y nanotubos de carbono; o bien en forma amorfa (negro de humo). Es el pilar básico de la química orgánica y forma parte de todos los seres vivos.
Sumario
Historia
Indudablemente, las razas prehistóricas conocieron el carbono en sus formas de carbón vegetal y negro de humo. Los primitivos egipcios hacían carbón de leña de modo muy parecido al actual, calentando madera tapada con barro para aislarla del aire.
La más preciosa de todas las formas del carbono, el diamante, se menciona en el Viejo Testamento, y en antiguos documentos hindúes; el grafito se empleo en tiempos remotos para escribir.
Los nombres de las diversas formas del carbono proceden del latín y del griego: los latinos llamaban carbo al carbón de leña; el vocablo griego graphein, escribir, se ha convertido en grafito; y el nombre latino del diamante, adamas, que significa indomable, invencible, pasó a ser sucesivamente adamant, diamaunt, diamant y por último diamante.
Ya en 1704 Newton predijo que el diamante debía ser combustible, en 1772 Lavoisier quemó diamante en oxígeno y demostró que se había formado dióxido de carbono y en 1797 Smithson Tennant demostró que el diamante es carbono puro.
Estado natural, alotropía y abundancia
Aunque no muy frecuente en la corteza terrestre (<0,1 %), es el segundo elemento por su abundancia en el organismo humano, donde alcanza el 17,5 %. Se halla en todos los tejidos animales y vegetales combinado con el hidrógeno y el oxígeno; tambien se encuentra en los derivados geológicos de la materia viva (petróleos y carbones), unido sobre todo al hidrógeno, con el que forma hidrocarburos. Combinado con el oxígeno se halla en la atmósfera como dióxido de carbono y en las rocas, formando carbonatos, caliza principalmente. Libre, el carbono es poco abundante, presentándose en dos estados alotrópicos: diamante y grafito.
Otras formas con poca cristalinidad son carbón vegetal, coque y negro de humo. 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. Existen alrededor de 4,5 millones de sustancias y alrededor de 4 millones de ellas presentan en su composición al carbono.
Obtención
- El carbono se encuentra - frecuentemente muy puro - en la naturaleza, en estado elemental, en las formas alotrópicas diamante y grafito. El material natural más rico en carbono es el carbón (del cual existen algunas variedades).
- Grafito: Se encuentra en algunos yacimientos naturales muy puro. Se obtiene artificialmente por descomposición del carburo de silicio en un horno eléctrico.
- Diamante: Existen en la naturaleza, en el seno de rocas eruptivas y en el fondo del mar. En la industria se obtiene tratando grafito a 3000 K de temperatura y a una presión entre 125 - 150 katm. Por ser la velocidad de transformación de grafito en diamante muy lenta, se utilizan metales de transición, en trazas, como catalizadores (hierro, níquel, platino).
- Carbón de coque: muy rico en carbono, es el producto residual en la destilación de la hulla.
- Carbono amorfo: Negro de humo y carbón activo: Son formas del carbono finamente divididas. El primero se prepara por combustión incompleta de sustancias orgánicas; la llama deposita sobre superficies metálicas, frías, partículas muy finas de carbón. El carbón activo se obtiene por descomposición térmica de sustancias orgánicas.
- Fullerenos: Estas sustancias se encuentran en el humo de los fuegos y en las estrellas gigantes rojas. Se obtienen, artificialmente, haciendo saltar un arco entre dos electrodos de grafito o sublimando grafito por acción de un láser.
Compuestos
El carbono forma dos óxidos principales: monóxido de carbono (CO) y dióxido de carbono (CO2)
El monóxido de carbono se forma cuando se quema carbono o hidrocarburos con un suministro limitado de oxígeno.
2 C(s) + O2(g)= 2 CO(g)
Este es un gas incoloro inodoro insípido. Es tóxico a causa de su capacidad para unirse a la hemoglobina e interferir así en el transporte del oxígeno. Tiene varios usos comerciales. Puesto que arde fácilmente para formar CO2 se emplea como combustible:
2 CO(g) + O2(g)= 2 CO2(g)
También es un agente reductor simple, ampliamente usado en operaciones metalúrgicas para reducir óxidos metálicos. Por ejemplo, es el agente reductor mas importante en la reducción de óxidos en hornos de fundición:
Fe3O4(s) + 4 CO(g)= 3 Fe(s) + 4 CO2(g)
El dióxido de carbono es un gas incoloro e inodoro. Es un componente secundario de la atmósfera terrestre pero contribuye en forma importante al llamado efecto invernadero. Aunque no es tóxico, altas concentraciones aumentan el ritmo de la respiración y puede causar asfixia.
El CO2 sólido se lo conoce como hielo seco, de ahí que aproximadamente la mitad del dióxido de carbono que se consume cada año es utilizado para refrigeración.
Otro uso importante es la producción de bebidas gaseosas, en la producción de bicarbonato para hornear, etc.
El cianuro de hidrogeno (HCN) es una gas extremadamente tóxico. Se produce por la reacción de una sal de cianuro como nacen con un ácido.
Las soluciones acuosas de HCN se conocen como ácido cianhidrico. La neutralización con una base como hidróxido de sodio (NaOH) produce sales de cianuro como el cianuro de sodio (NaCN)
Aplicaciones
El carbono, en sus distintas formas alotrópicas, presenta una amplia gama de aplicaciones en diversos campos, desde la joyería hasta la industria pesada.
Diamante
El diamante es la forma más valiosa del carbono, conocida principalmente por su uso en joyería debido a su brillo y rareza. Sin embargo, sus aplicaciones industriales son igualmente importantes:
- Abrasivos industriales: Las variedades grises y menos puras se utilizan como abrasivos por su extrema dureza
- Herramientas de corte: Se colocan pequeños diamantes en el borde de herramientas para cortar materiales duros
- Electrónica y telecomunicaciones: El diamante sintético de alta calidad se utiliza en sumideros de calor para computadoras, circuitos integrados y ventanas para láseres de alta potencia
El diamante sintético o industrial, fabricado por primera vez en 1955, presenta propiedades superiores al natural al carecer de impurezas. Se produce sometiendo grafito a presiones de 14 GPa y temperaturas de 3 000 °C.
Grafito
El grafito, otra forma alotrópica del carbono, tiene aplicaciones diversas:
- Minas de lápiz: Mezclado con arcilla, forma la punta de los lápices
- Lubricante: Por su estructura laminar y calidad aceitosa
- Material refractario: Resistente a altas temperaturas (hasta 500 °C)
- Componentes eléctricos: Escobillas para motores y electrodos
- Aplicaciones nucleares: Por su baja absorción de neutrones térmicos
El grafito presenta una elevada conductividad eléctrica y térmica, buena resistencia al choque térmico y resistencia a productos químicos, lo que lo hace ideal para filtros de fluidos corrosivos.
Carbón y derivados
El carbón y sus derivados tienen múltiples aplicaciones:
- Combustible: Fundamental en muchas regiones del mundo
- Producción de acero: Como componente en aleaciones hierro-carbono
- Carbón activado: Tratado térmicamente para eliminar impurezas, se usa en filtros para eliminar vapores, olores y decolorar sustancias
- Negro de humo: Pigmento para tintas y producción de goma
- Productos químicos: Base para coque, gas de hulla y otros compuestos
Aplicaciones especializadas
Diamante industrial
- Material de herramienta de corte (monocristalino o policristalino)
- Abrasivo en piedras de esmeril
- Dados para estirado de alambre fino (< 0.06 mm)
- Recubrimientos para herramientas de corte
Carbono similar al diamante (DLC)
Desarrollo reciente que se utiliza como recubrimiento de película de diamante, combinando dureza y baja fricción.
El diamante sintético de calidad joyería actualmente supera al natural en conductividad eléctrica (50 veces más) y resistencia al daño por láser (10 veces más), abriendo nuevas posibilidades aplicativas.
Fuentes
- Babor, Joseph A. y Aznárez, José Ibarz. Química General Moderna. Instituto Cubano del libro. La Habana. 1969.
- Plane, Robert A. y Sienko, Michel J. Química. Colección Ciencia Técnica Aguiar.
