Alótropos del carbono

Archiu:Eight Allotropes of Carbon.png

Alótropos del carbono

Archiu:Eight Allotropes of Carbon.svg

Huit alótropos del carbono:
a) Diamant,
b) Grafit,
c) Lonsdaleíta,
d) C₆₀ (Buckminsterfulereno o buckybola),
i) C₅₄₀,
f ) C₇₀,
g) Carbono amorfo, i
h) nanotubo de carbono de paret simple o buckytubo.

L'element del carbono pot posseir diferents tipos de alótropos, estos poden posseir diferents tipos de propietats com també de posseir diferents estructures moleculars, mateixes que canvien les característiques físiques del alótropo.

Diamant

Artícul principal → Diamant.

El diamant és un dels alótropos del carbono més coneguts, que la seua durea i alta dispersió de la llum ho fan útil per a aplicacions indústriaels i joyeria. El diamant és el mineral natural més dur conegut, lo que ho convertix en un abrasivo excelent i li permet mantindre el seu poliment i llustre extremadament be. No es coneixen substàncies naturals que puguen rayar o tallar un diamant llevat un diamant mateix.

El mercat per als diamants de grau industrial opera d'un modo molt diferent al seu contraparte de grau gema. Els diamants industrials són valuados principalment per la seua durea i conductivitat tèrmica, fent moltes de les característiques gemológicas del diamant, incloent claritat i color, principalment irrellevants. Açò ajuda a explicar per qué el 80 % dels diamants minats, inadequats per a us com gemas i coneguts com bort, són destinats per a us industrial. Ademés dels diamants minats, els diamants sintètics varen trobar aplicacions industrials casi immediatament despuix de la seua invenció en la década de 1950; atres 600 millons de quilats (80 000 kg) de diamants sintètics són produïts anualment per a us industrial—casi quatre voltes la massa de diamants naturals minats en el mateix periodo.

L'us industrial dominant dels diamants és en tall, perforació (brocas de perforació), abrasió (talladors en brot de diamant), i poliment. La majoria d'usos del diamant en estes tecnologies no requerix diamants grans; en efecte, la majoria de diamants que són de calitat de gema poden trobar un us industrial. Els diamants són insertats en puntes de taladros o fulls de serres, o dispersades en una pols per al seu us en lijas i aplicacions de poliment. Algunes aplicacions especialisades inclouen us en laboratoris com a contenidors per a experiments d'alta pressió (vore enclusa de diamant), rodament d'alt eixercite, i un us llimitat en finestras especialisades.

En els alvanços continus que es fan en la producció de diamant sintètic, algunes aplicacions futures estan començant a ser factibles. És objecte de molta excitació el possible us del diamant com un semiconductor apte per a construir microchips, o l'us del diamant com un disipador en electrònica. Hi ha esforços d'investigació significatius en Japó, Europa, i els Estats Units per a capitalisar el potencial oferit per les propietats materials úniques del diamant, combinades en la calitat incrementada i la cantitat de suministrament que comença a fer-se disponible de part dels fabricants de diamants síntéticos.

Cada àtom de carbono en un diamant està unit covalentemente a atres quatre àtoms de carbono, disposts en un tetraedre. Estos tetraedres, junts, formen una ret tridimensional d'anells de carbono de sis membres (similar al ciclohexano), en la conformació de cadira, permetent que hi haja tensió d'àngul d'enllaç de zero. Esta ret estable d'enllaços covalente i anells hexagonals és la raó de que el diamant siga increiblement dur.

Grafit

Artícul principal → Grafit.

El grafit (denominat aixina per Abraham Gottlob Werner en 1789, del grec γράφειν (graphein, "dibuixar/escriure", pel seu us en llàpissos) és un dels alótropos més comuns del carbono. A diferència del diamant, el grafit és un conductor elèctric, i pot ser usat, per eixemple, com a material en els electrodos d'una llàntia d'arc elèctric. El grafit té la distinció de ser la forma més estable de carbono a condicions estàndar. En conseqüència, és usat en termoquímica com l'estat estàndar per a definir el calor de formació dels composts de carbono.

El grafit és capaç de conduir l'electricitat, per la deslocalisació dels electrons π sobre i baix dels plans dels àtoms de carbono. Estos electrons tenen llibertat de moviment, per lo que són capaços de conduir l'electricitat. No obstant, l'electricitat és conduïda solament a lo llarc del pla de les capes. En el diamant, els quatre electrons externs de cada àtom de carbono estan 'localisats' entre els àtoms en enllaços covalente. El moviment dels electrons està restringit, i el diamant no conduïx corrent elèctrica. En el grafit, cada àtom de carbono usa solament 3 dels seus 4 electrons dels nivells d'energia externs en enllaços covalente a atres tres àtoms de carbono en un pla. Cada àtom de carbono contribuïx en un electró a un sistema deslocalizado que és part també de l'enllaç químic. Els electrons deslocalizados són lliures de moure's a través del pla. Per esta raó, el grafit conduïx l'electricitat a lo llarc dels plans dels àtoms de carbono, pero no conduïx en una direcció a ànguls rectes al pla.

La pols de grafit és usat com un lubrificant sec. Encara que pot pensar-se que esta important propietat industrial és deguda netament al dèbil acoplament interlaminar entre els fulls en l'estructura, en efecte, en un ambient buit (com en les tecnologies per a us en l'espai), el grafit va resultar ser un lubrificant molt pobre. Este fet conduïx al descobriment de que la lubricitat és deguda a l'aire i aigua adsorbidos entre les capes, a diferència d'atres lubrificants secs laminares, com el disulfuro de molibdeno. Estudis recents sugerixen que un efecte denominat superlubricitat pugues també explicar este efecte.

Quan un gran número de defectes cristalográficos unixen estos plans entre sí, el grafit pert les seues propietats lubrificants i es convertix en lo que és conegut com carbono pirolítico, un material molt útil en implants que contacten sanc, tals com les vàlvules cardíaques prostéticas.

Els grafits naturals i cristalins no són usats freqüentment en forma pura com a materials estructurals, pels seus plans irregulars, fragilitat i propietats mecàniques inconsistentes.

En les seues formes sintètiques vítreas pures (isotrópicas), el grafit pirolítico i la fibra de carbono, el grafit és un material extremadament fort, resistent a la calor (fins a 3000 °C), usat en escuts tèrmics per als nassos dels missils, motors d'eixides sòlides, reactors d'alta temperatura, zapatas de fre, i graneretes de motors elèctrics.

Els grafits intumescentes o expandibles són usats en sagells de fòc, ajustats al voltant del perímetro d'una porta de fòc. Durant un fòc, el grafit es entumece (expandix i calcina) per a resistir la penetració del fòc i evitar la difusió dels fums. Una temperatura típica d'expansió inicial (SET) està entre 150 i 300 °C

• Densitat: el seu pes específic és 2,3, lo que ho fa més llauger que el diamant.
• Efecte de la calor: és el alótropo més estable del carbono. A una temperatura de 2500 °C, pot ser transformat en diamant. A prop de 700 °C, ardix en oxigen pur formant diòxit de carbono.
• Activitat química: és llaugerament més reactiu que el diamant. Açò es deu a que els reactants són capaços de penetrar entre les capes hexagonals d'àtoms de carbono en el grafit. No és afectat per solvents ordinaris, àcit diluïts, o álcalis fosos. No obstant, l'àcit cròmic ho oxida a diòxit de carbono.