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Alótropos de Carbono
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Universidad San Francisco de Quito
Nombre: Andrés Chávez A.
Código: 00104294
Alótropos de Carbono
La palabra alótropo se refiere de tipo diferente o de tipo alterno, en otras palabras es la capacidad
de los elementos de existir en varios estados físicas dependiendo de las condiciones y modos en
los que se han formado, estos diferentes estados de los elementos tienen diferentes propiedades
tanto físicas como químicas por la divergencia de sus estructuras, es por eso que se le pueden
dar varias aplicaciones. Los alótropos son por lo general diferentes debido a distintas formas de
cristal, a una carencia de forma de cristal o por las uniones de más de un átomo de un elemento.
Es así como se llegaron a conocer más de 40 formas del carbono, para los cuales se los llamó
alótropos de carbono. (1)
El grafeno es una forma alotrópica del carbono se constituye de celdas hexagonales, antes de una
celda pentagonal, el plano se arruga en forma cónica, la presencia de 12 de estos formaría un
fullereno, la hibridación de cada uno de sus átomos es sp2. En el grafeno, la longitud de los
enlaces carbono-carbono es de aproximadamente 1,42 Å, así se constituye como el componente
básico de las estructuras de los demás elementos grafíticos, el solapamiento de los átomos de
carbono es lateral, por lo tanto forma orbitales moleculares pi. El grafeno tiene conductividad
térmica y eléctrica, alta elasticidad y dureza, soporta la radiación ionizante, es ligero. (3)
El ejemplo más claro de un alótropo de carbono es el grafito, la forma más estable que el
carbono puede formar, está formado por un extenso sistema políciclico de anillos de benceno
fusionados que se disponen en capas, en este compuesto el carbono presenta una hibridación sp2
y está formado por tres enlaces covalentes en el mismo plano formando un ángulo de 120 grados
con una estructura hexagonal. (2) El enlace covalente entre los átomos de una capa es
extremadamente fuerte, sin embargo las uniones entre las diferentes capas se realizan por fuerzas
interacciones entre los orbitales Π (pi), y son mucho más débiles. El grafito es un buen conductor
eléctrico, y puede ser usado, como material en los electrodos de una lámpara de arco eléctrico,
esto sucede gracias a que tiene electrones pi deslocalizados lo que quiere decir que los electrones
tienen libertad de movimiento, su conductividad aumenta a medida que aumenta la temperatura
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por lo que es usado en termoquímica para definir el calor de formación de los compuestos de
carbono al poder comportarse como un conductor semimetálico. (3)
.
Otro modelo de alótropo de carbono es el diamante, el cual es la segunda forma más estable del
carbono, se presenta como una estructura cristalina del carbono cuya estructura está basada en
una red cúbica centrada en las caras, la característica principal de esta estructura es el enlace
tetraédrico, en el cual el carbono se encuentra enlazado por cuatro átomos unidos mediante
cuatro enlaces sigma, uno por cada enlace covalente con cada átomo de la red cristalina, los
cuales son enlaces extremadamente fuertes. La estructura del diamante por dentro es
relativamente vacío la máxima proporción de espacio ocupado por esferas sólidas es 0,34, lo
cual representa un 46% del espacio ocupado por las estructuras. Se forman o presentan cadenas
de carbono en 3 dimensiones, siempre unidos por enlaces fuertes como lo son los covalentes, he
ahí la raíz de las propiedades de este material, solubilidad, y en particular, el diamante tiene la
más alta dureza y conductividad térmica de todos los materiales. Estas propiedades determinan
que la aplicación industrial principal del diamante sea en herramientas de corte y de pulido. Otra
propiedad que se le atribuye es referente a la óptica por su estructura cristalina rígida y se lo
utiliza para la difracción de la luz. (4)
La Lonsdaleíta es otro compuesto que se lo considera otro alótropo del carbono el cual se lo
encontró en meteoritos, es de forma semejante al diamante, mas aun la geometría de este
compuesto es de forma hexagonal, se lo descubrió en 1967 después del impacto del meteorito de
Arizona en cristales microscópicos, es de color negro y tiene un brillo similar al diamante, por lo
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que se lo llama diamante hexagonal, su configuración es pseudocúbica, octaédrica, este
compuesto es un 58 % más fuerte que el diamante convirtiéndose en uno de los compuestos más
duros del planeta, a pesar de que se lo encuentra en estado natural en el espacio. (5)
En 1985 dos científicos llamados Curl, Kroto y Smalley realizaron el descubrimiento de el
buckminsterfullereno o simplemente se lo conoce como “fullereno”, compuesto formado por la
molécula C60 en el cual cada átomo de carbono está unida a otras tres moléculas sucesivamente
hasta llegar a los 60 carbonos formando parte de dos hexágonos y un pentágono lo que da lugar a
una estructura cerrada similar a un balón de fútbol, la molécula surgió cuando observaron que la
evaporación del grafito por acción del láser originaban diversos agregados del carbono en estado
de vapor, este alótropo es la forma más alotrópica del carbón. La molécula recibe ese nombre
porque su estructura se parece a las elaboradas estructuras geométricas inventadas, es disoluble
en disolventes orgánicos, sus carbonos tienen hibridación sp2 cada uno, suscarbonos se
encuentran tensionados y poseen una energía de 10.16 kcal/g, esta energía se representa en la
reactividad de la molécula. (6)
Existen otros fullerenos que poseen más átomos de carbono y sus formas son versiones alargadas
del buckminsterfullereno inicial (en forma de pelota), después de tanto estudio de esta molécula
se llegaron a desarrollar formas más sólidas llamadas fullerita, en este sólido amarillo
transparente, las moléculas forman una especie de conjunto de balas de cañón en una
distribución compacta. Ahora existen también versiones tubulares de fullerenos en forma sólida.
(2)
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Otra de las formas más alotrópicas del carbono es un compuesto citado como nanotubos de
carbono los cuales se refieren a estructuras tubulares cuyo diámetro es el orden del nanómetro.
Su estructura puede considerarse procedente de láminas de grafito enrolladas sobre sí misma,
este enrollamiento determina el diámetro de distintos nanotubos. (7) “Los nanotubos son
sistemas ligeros, huecos y porosos que tienen alta resistencia mecánica, y por tanto, interesantes
para el reforzamiento estructural de materiales y formación de compuestos de bajo peso, alta
resistencia a la tracción y enorme elasticidad.” (V.H. Crespo, Universidad Penn State, 1991),
estos nanotubos se comportan como hilos cuánticos ideales de una sola dimensión los cuales se
comportan como aislantes o semiconductores, esto depende del diámetro del tubo. Este alótropo
es radioactivo por lo que tiene la capacidad de emitir de electrones es por eso que se lo utiliza en
la fabricación de fuentes de electrones para microscopios electrónicos, para la preparación de
electrodos para supercondensadores y baterías de litio, en la medicina se los utiliza como
sistemas de reconocimiento molecular, biosensores o en la fabricación de músculos artificiales.
(8)
Los diferentes elementos en general pueden convertirse en diferentes compuestos o a aleaciones
pues la propiedad que poseen determinados elementos químicos de presentarse bajo estructuras
moleculares diferentes es la que les permite enrolarse en forma de diferentes aplicaciones ya que
la molécula cambia según la estructura que esta presenta dándole una geometría distinta la cual
define sus propiedades físicas y químicas, éstas son las que las destinan a diferentes tipos de
industrias, ahí radica la importancia de los alótropos.
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Bibliografía
1. MAXIZIP, Cuáles son los alótropos de carbono, http://maxizip.com/2010/10/cuales-son-
los-alotropos-del-carbono/, p.1, acceso: 29, Noviembre, 2010, 15:46.
2. I-EUROPA, Nanotecnología,
http://blogs.creamoselfuturo.com/nano-tecnologia/2007/01/10/alotropos-del-carbono-
grafito-diamante-y-fullerenos/, p.1, acceso: 29, Noviembre, 2010, 16:23.
3. DEPARTMENT OF PHYSICS AND THE A. E. SEAMAN MINERAL MUSEUM
MICHIGAN TECHNOLOGICAL UNIVERSITY, the graphite page,
http://www.phy.mtu.edu/~jaszczak/graphite.html, p.1, acceso: 29, Noviembre, 2010,
16:17.
4. DIAMANTES INFOS, El mundo del diamante: de la mina a la joyería,
http://www.diamantes-infos.com/diamante-tallado/caracteristica-diamante.html, p.1,
acceso: 29, Noviembre, 2010, 16:50.
5. WORDLINGO, londasdeite, http://www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/Lonsdaleite, p.1,
acceso: 29, Noviembre, 2010, 17:30.
6. CIENCIATECA, moléculas calentitas, http://www.cienciateca.com/ctshotmol.html, p.1,
acceso: 29, Noviembre, 2010, 18:24.
7. DELGADO Juan Luis; HERRANZ Maria Ángeles; NAZARIO Martín (2007),
Nanoestructuras de carbono: un nuevo desafío científico, España, Anales de la Real
Sociedad Española de Química, pp. 5-13
8. NANOTECNOLOGÍA NANOCIENCIA, Nanotubos de Carbono,
http://www.portalciencia.net/nanotecno/nanotubos.html, p.1, acceso: 28, Noviembre,
2010, 16:30
