Carbono - rompecabezas en línea
Carbono
El carbono (del latín, carbo, 'carbón') es un elemento químico con símbolo C, número atómico 6 y masa atómica 12,01. Es un no metal y tetravalente, disponiendo de cuatro electrones y 6 protones para formar enlaces químicos covalentes. Tres isótopos del carbono se producen de forma natural, los estables 12C y 13C y el isótopo radiactivo 14C, que decae con una vida media de unos 5730 años.[1] El carbono es uno de los pocos elementos conocidos desde la antigüedad,[2] y es el pilar básico de la química orgánica. Está presente en la Tierra en estado de cuerpo simple (carbón y diamantes), de compuestos inorgánicos (CO2 y CaCO3) y de compuestos orgánicos (biomasa, petróleo y gas natural). También se han sintetizado muchas nuevas estructuras basadas en el carbono: carbón activado, negro de humo, fibras, nanotubos, fullerenos y grafeno.
El carbono es el 15.º elemento más abundante en la corteza terrestre,[3] y el cuarto elemento más abundante en el universo en masa después del hidrógeno, el helio y el oxígeno. La abundancia del carbono, su diversidad única de compuestos orgánicos y su inusual capacidad para formar polímeros a las temperaturas comúnmente encontradas en la Tierra, permite que este elemento sirva como componente común de toda la vida conocida. Es el segundo elemento más abundante en el cuerpo humano en masa (aproximadamente el 18,5%) después del oxígeno.[4]
Los átomos de carbono pueden unirse de diferentes maneras, denominadas alótropos del carbono, reflejo de las condiciones de formación. Los más conocidos que ocurren naturalmente son el grafito, el diamante y el carbono amorfo.[5] Las propiedades físicas del carbono varían ampliamente con la forma alotrópica. Por ejemplo, el grafito es opaco y negro, mientras que el diamante es altamente transparente. El grafito es lo suficientemente blando como para formar una raya en el papel (de ahí su nombre, del verbo griego "γράφειν" que significa 'escribir'), mientras que el diamante es el material natural más duro conocido. El grafito es un buen conductor eléctrico mientras que el diamante tiene una baja conductividad eléctrica. En condiciones normales, el diamante, los nanotubos de carbono y el grafeno tienen las conductividades térmicas más altas de todos los materiales conocidos. Todos los alótropos del carbono son sólidos en condiciones normales, siendo el grafito la forma termodinámicamente estable. Son químicamente resistentes y requieren altas temperaturas para reaccionar incluso con oxígeno.
El estado de oxidación más común del carbono en los compuestos inorgánicos es +4, mientras que +2 se encuentra en el monóxido de carbono y en complejos carbonilos de metales de transición. Las mayores fuentes de carbono inorgánico son las calizas, dolomitas y dióxido de carbono, pero cantidades significativas se producen en depósitos orgánicos de carbón, turba, petróleo y clatratos de metano. El carbono forma un gran número de compuestos, más que cualquier otro elemento, con casi diez millones de compuestos descritos hasta la fecha[6] (con 500.000 compuestos nuevos por año), siendo sin embargo ese número solo una fracción del número de compuestos teóricamente posibles bajo condiciones estándar. Por esta razón, a menudo el carbono se ha descrito como el «rey de los elementos».[7]
La combustión del carbono en todas sus formas ha sido la base del desarrollo tecnológico desde tiempos prehistóricos. Los materiales basados en el carbono tienen aplicaciones en numerosas áreas de vanguardia tecnológica: materiales compuestos, baterías de iones de litio, descontaminación del aire y del agua, electrodos para hornos de arco, en la síntesis de aluminio, etc.
