El carbono es capaz de formar muchos alótropos (formas estructuralmente diferentes de un mismo elemento) debido a su valencia . Las formas más conocidas de carbono incluyen el diamante y el grafito . En las últimas décadas se han descubierto e investigado muchos más alótropos, incluidas formas de bolas como el buckminsterfullereno y láminas como el grafeno . Las estructuras de carbono a mayor escala incluyen nanotubos , nanobuds y nanocintas . Otras formas inusuales de carbono existen a temperaturas muy altas o presiones extremas. Según la base de datos de alótropos de carbono de Samara (SACADA), actualmente se conocen alrededor de 500 hipotéticos alótropos de carbono triperiódicos. [1]
Carbono atómico y diatómico.
En determinadas condiciones, el carbono se puede encontrar en su forma atómica. Puede formarse vaporizando grafito, pasando grandes corrientes eléctricas para formar un arco de carbono a muy baja presión. Es extremadamente reactivo, pero es un producto intermedio utilizado en la creación de carbenos . [2]
El diamante es un alótropo del carbono bien conocido. La dureza , el índice de refracción extremadamente alto y la alta dispersión de la luz hacen que el diamante sea útil para aplicaciones industriales y de joyería. El diamante es el mineral natural más duro conocido . Esto lo convierte en un excelente abrasivo y mantiene el pulido y el brillo extremadamente bien. Ninguna sustancia natural conocida puede cortar o rayar un diamante, excepto otro diamante. En forma de diamante, el carbono es uno de los elementos más costosos.
La estructura cristalina del diamante es una red cúbica centrada en las caras que tiene ocho átomos por celda unitaria para formar una estructura cúbica de diamante . Cada átomo de carbono está unido covalentemente a otros cuatro carbonos en una geometría tetraédrica . Estos tetraedros juntos forman una red tridimensional de anillos de carbono de seis miembros en la conformación de silla , lo que permite una tensión de ángulo de enlace cero . El enlace se produce a través de orbitales hibridados sp 3 para dar una longitud de enlace CC de 154 pm . Esta red de enlaces covalentes libres hace que el diamante sea extremadamente fuerte. El diamante es termodinámicamente menos estable que el grafito a presiones inferiores1,7 GPa . [5] [6] [7]
El uso industrial dominante del diamante es el corte , la perforación ( brocas ), el esmerilado (fresas con filo de diamante) y el pulido. La mayoría de los usos de los diamantes en estas tecnologías no requieren diamantes grandes, y la mayoría de los diamantes que no tienen calidad de gema pueden encontrar un uso industrial. Los diamantes se incrustan en puntas de taladros y hojas de sierra o se muelen hasta convertirlos en polvo para su uso en aplicaciones de esmerilado y pulido (debido a su extraordinaria dureza). Las aplicaciones especializadas incluyen el uso en laboratorios como contención para experimentos de alta presión (ver yunque de diamante ), cojinetes de alto rendimiento y ventanas especializadas de aparatos técnicos.
El mercado de diamantes de calidad industrial funciona de manera muy diferente al de su contraparte de calidad gema. Los diamantes industriales se valoran principalmente por su dureza y conductividad térmica, lo que hace que muchas de las características gemológicas del diamante, incluida la claridad y el color, sean en su mayoría irrelevantes. Esto ayuda a explicar por qué el 80% de los diamantes extraídos (equivale a unos 100 millones de quilates o 20 toneladas anuales) no son aptos para su uso como piedras preciosas y, conocidos como bort , están destinados a uso industrial. Además de los diamantes extraídos, los diamantes sintéticos encontraron aplicaciones industriales casi inmediatamente después de su invención en la década de 1950; Anualmente se producen otros 400 millones de quilates (80 toneladas) de diamantes sintéticos para uso industrial, lo que representa casi cuatro veces la masa de diamantes naturales extraídos durante el mismo período.
Con los continuos avances en la producción de diamantes sintéticos, las aplicaciones futuras están comenzando a ser factibles. Está generando mucho entusiasmo el posible uso del diamante como semiconductor adecuado para construir microchips , o el uso del diamante como disipador de calor en la electrónica . Se están realizando importantes esfuerzos de investigación en Japón , Europa y Estados Unidos para capitalizar el potencial que ofrecen las propiedades materiales únicas del diamante, combinadas con una mayor calidad y cantidad de oferta que comienza a estar disponible por parte de los fabricantes de diamantes sintéticos. [ cita necesaria ]
Grafito
El grafito , nombrado así por Abraham Gottlob Werner en 1789, del griego γράφειν ( graphein , "dibujar/escribir", por su uso en lápices) es uno de los alótropos más comunes del carbono. A diferencia del diamante, el grafito es un conductor eléctrico. Por tanto, se puede utilizar, por ejemplo, en electrodos de lámparas de arco eléctrico. Asimismo, en condiciones estándar , el grafito es la forma más estable de carbono. Por tanto, se utiliza en termoquímica como estado estándar para definir el calor de formación de compuestos de carbono.
El grafito conduce la electricidad , debido a la deslocalización de los electrones del enlace pi por encima y por debajo de los planos de los átomos de carbono. Estos electrones tienen libertad de movimiento, por lo que pueden conducir electricidad. Sin embargo, la electricidad sólo se conduce a lo largo del plano de las capas. En el diamante, los cuatro electrones externos de cada átomo de carbono están "localizados" entre los átomos en un enlace covalente. El movimiento de los electrones está restringido y el diamante no conduce corriente eléctrica. En el grafito, cada átomo de carbono utiliza sólo 3 de sus 4 electrones de nivel de energía externo para unirse covalentemente a otros tres átomos de carbono en un plano. Cada átomo de carbono aporta un electrón a un sistema deslocalizado de electrones que también forma parte del enlace químico. Los electrones deslocalizados pueden moverse libremente por todo el plano. Por esta razón, el grafito conduce electricidad a lo largo de los planos de los átomos de carbono, pero no conduce electricidad en dirección perpendicular al plano.
El polvo de grafito se utiliza como lubricante seco . Aunque podría pensarse que esta importante propiedad industrial se debe enteramente al flojo acoplamiento interlamelar entre las láminas de la estructura, de hecho, en un ambiente de vacío (como en tecnologías para uso en el espacio ), se descubrió que el grafito era un lubricante muy pobre. . Este hecho llevó al descubrimiento de que la lubricidad del grafito se debe a la adsorción de aire y agua entre las capas, a diferencia de otros lubricantes secos en capas como el disulfuro de molibdeno . Estudios recientes sugieren que un efecto llamado superlubricidad también puede explicar este efecto.
Cuando una gran cantidad de defectos cristalográficos (físicos) unen estos planos, el grafito pierde sus propiedades lubricantes y se convierte en carbono pirolítico , un material útil en implantes que entran en contacto con la sangre, como las prótesis valvulares cardíacas .
El grafito es el alótropo más estable del carbono. Contrariamente a la creencia popular, el grafito de alta pureza no se quema fácilmente, ni siquiera a temperaturas elevadas. [8] Por esta razón, se utiliza en reactores nucleares y en crisoles de alta temperatura para fundir metales. [9] A temperaturas y presiones muy altas (aproximadamente 2000 °C y 5 GPa), puede transformarse en diamante. [ cita necesaria ]
Los grafitos naturales y cristalinos no se suelen utilizar en forma pura como materiales estructurales debido a sus planos de corte, su fragilidad y sus propiedades mecánicas inconsistentes.
Los grafitos intumescentes o expandibles se utilizan en sellos contra incendios, colocados alrededor del perímetro de una puerta contra incendios. Durante un incendio, el grafito se intumece (se expande y se carboniza) para resistir la penetración del fuego y evitar la propagación de humos. Una temperatura de expansión inicial (SET) típica está entre 150 y 300 °C.
La gravedad específica del grafito es 2,3, lo que lo hace menos denso que el diamante.
El grafito es ligeramente más reactivo que el diamante. Esto se debe a que los reactivos pueden penetrar entre las capas hexagonales de átomos de carbono en el grafito. No se ve afectado por disolventes comunes, ácidos diluidos o álcalis fundidos. Sin embargo, el ácido crómico lo oxida a dióxido de carbono.
Grafeno
Una sola capa de grafito se llama grafeno y tiene extraordinarias propiedades eléctricas, térmicas y físicas. Puede producirse por epitaxia sobre un sustrato aislante o conductor o por exfoliación mecánica (pelado repetido) del grafito. Sus aplicaciones pueden incluir la sustitución del silicio en dispositivos electrónicos de alto rendimiento. Con dos capas apiladas, el grafeno bicapa tiene diferentes propiedades.
Lonsdaleita (diamante hexagonal)
La lonsdaleita es un alótropo a veces llamado " diamante hexagonal ", formado a partir del grafito presente en los meteoritos tras su impacto contra la tierra. El gran calor y presión del impacto transforma el grafito en una forma más densa similar al diamante pero que conserva la red cristalina hexagonal del grafito . El "diamante hexagonal" también se ha sintetizado en laboratorio, comprimiendo y calentando grafito en una prensa estática o utilizando explosivos. También se puede producir mediante la descomposición térmica de un polímero, poli(hidridocarbina) , a presión atmosférica, bajo una atmósfera de gas inerte (por ejemplo, argón, nitrógeno), comenzando a una temperatura de 110 °C (230 °F). [10] [11] [12]
Grafenileno
El grafenileno [13] es un material de carbono de una sola capa con subunidades similares al bifenileno como base en su estructura reticular hexagonal. También se le conoce como bifenileno-carbono.
Carbofeno
El carbofeno es una estructura orgánica covalente bidimensional . [14] Se ha sintetizado 4-6 carbofeno a partir de 1-3-5 trihidroxibenceno . Consta de anillos de 4 y 6 carbonos en una proporción de 1:1. Los ángulos entre los tres enlaces σ de los orbitales son aproximadamente 120°, 90° y 150°. [15]
AA'-grafito
El grafito AA' es un alótropo del carbono similar al grafito, pero donde las capas están ubicadas de manera diferente entre sí en comparación con el orden en el grafito.
diamane
Diamane es una forma 2D de diamante. Se puede fabricar mediante altas presiones, pero sin esa presión, el material vuelve a convertirse en grafeno. Otra técnica consiste en añadir átomos de hidrógeno, pero esos enlaces son débiles. En su lugar, el uso de flúor (difluoruro de xenón) acerca las capas, fortaleciendo los enlaces. Esto se llama f-diamane. [dieciséis]
Carbono amorfo
Carbono amorfo es el nombre que se le da al carbono que no tiene ninguna estructura cristalina . Como ocurre con todos los materiales vítreos , se puede observar cierto orden de corto alcance, pero no existe un patrón de posiciones atómicas de largo alcance. Si bien se puede producir carbono completamente amorfo, la mayor parte del carbono amorfo contiene cristales microscópicos de carbono similar al grafito [17] o incluso al diamante . [18]
El carbón , el hollín o el negro de humo se denominan informalmente carbono amorfo. Sin embargo, son productos de pirólisis (el proceso de descomposición de una sustancia por acción del calor), que no produce carbono amorfo verdadero en condiciones normales.
Nanocarbonos
Buckminsterfullerenos
Los buckminsterfullerenos , o simplemente fullerenos o, para abreviar, buckybolas , fueron descubiertos en 1985 por un equipo de científicos de la Universidad Rice y la Universidad de Sussex, tres de los cuales recibieron el Premio Nobel de Química en 1996. Reciben su nombre por el parecido con las estructuras geodésicas ideadas por Richard Buckminster "Bucky" Fuller . Los fullerenos son moléculas curvadas positivamente de diferentes tamaños compuestas enteramente de carbono, que toman la forma de una esfera hueca, un elipsoide o un tubo (la versión C60 tiene la misma forma que un balón de fútbol tradicional cosido).
A principios del siglo XXI, las propiedades químicas y físicas de los fullerenos todavía son objeto de intensos estudios, tanto en laboratorios de investigación pura como aplicada. En abril de 2003, los fullerenos estaban bajo estudio para su potencial uso medicinal: unir antibióticos específicos a la estructura para atacar bacterias resistentes e incluso atacar ciertas células cancerosas como el melanoma.
Nanotubos de carbon
Los nanotubos de carbono, también llamados buckytubos, son moléculas de carbono cilíndricas con propiedades novedosas que las hacen potencialmente útiles en una amplia variedad de aplicaciones (p. ej., nanoelectrónica, óptica , aplicaciones de materiales , etc.). Exhiben una fuerza extraordinaria, propiedades eléctricas únicas y son conductores eficientes del calor . También se han sintetizado nanotubos sin carbono . Los nanotubos de carbono son miembros de la familia estructural de los fullerenos , que también incluye las buckybolas . Mientras que las buckybolas tienen forma esférica , un nanotubo es cilíndrico , con al menos un extremo típicamente cubierto con un hemisferio de la estructura de la buckybola. Su nombre deriva de su tamaño, ya que el diámetro de un nanotubo es del orden de unos pocos nanómetros (aproximadamente 50.000 veces más pequeño que el ancho de un cabello humano), mientras que pueden medir hasta varios centímetros de longitud. Hay dos tipos principales de nanotubos: nanotubos de pared simple (SWNT) y nanotubos de pared múltiple (MWNT).
Nanobuds de carbono
Modelos informáticos de estructuras nanobud estables.
Los nanobuds de carbono son un alótropo de carbono recientemente descubierto en el que los "brotes" similares al fullereno están unidos covalentemente a las paredes laterales exteriores de los nanotubos de carbono . Este material híbrido tiene propiedades útiles tanto de los fullerenos como de los nanotubos de carbono. Por ejemplo, se ha descubierto que son emisores de campo excepcionalmente buenos .
Schwarzitas
Las schwarzitas son superficies de carbono curvadas negativamente propuestas originalmente decorando superficies mínimas triplemente periódicas con átomos de carbono. La topología geométrica de la estructura está determinada por la presencia de defectos anulares, como heptágonos y octágonos, en la red hexagonal del grafeno . [19] ( La curvatura
negativa dobla las superficies hacia afuera como una silla de montar en lugar de doblarse hacia adentro como una esfera).
Un trabajo reciente ha propuesto que los carbonos templados con zeolita (ZTC) pueden ser schwarzitas. El nombre, ZTC, deriva de su origen en el interior de los poros de las zeolitas , minerales cristalinos de dióxido de silicio . Se inyecta un vapor de moléculas que contienen carbono en la zeolita, donde el carbono se acumula en las paredes de los poros, creando la curva negativa. Al disolver la zeolita queda el carbón. Un equipo generó estructuras decorando los poros de una zeolita con carbono mediante el método Monte Carlo . Algunos de los modelos resultantes se parecen a estructuras similares a la schwarzita. [20]
Carbón vítreo
Una gran muestra de carbón vítreo.
El carbón vítreo o carbón vítreo es una clase de carbón no grafitizante muy utilizado como material de electrodos en electroquímica , así como para crisoles de alta temperatura y como componente de algunos dispositivos protésicos.
Fue producido por primera vez por Bernard Redfern a mediados de la década de 1950 en los laboratorios de The Carborundum Company, Manchester, Reino Unido. Se había propuesto desarrollar una matriz polimérica que reflejara la estructura de un diamante y descubrió una resina resol (fenólica) que, con una preparación especial, fraguaba sin catalizador. Con esta resina se produjo el primer carbón vítreo.
La preparación de carbón vítreo implica someter los precursores orgánicos a una serie de tratamientos térmicos a temperaturas de hasta 3000 °C. A diferencia de muchos carbonos no grafitizantes, son impermeables a los gases y químicamente extremadamente inertes, especialmente aquellos preparados a temperaturas muy altas. Se ha demostrado que las velocidades de oxidación de ciertos carbonos vítreos en oxígeno, dióxido de carbono o vapor de agua son menores que las de cualquier otro carbono. También son muy resistentes al ataque de los ácidos. Así, mientras que el grafito normal se reduce a polvo mediante una mezcla de ácidos sulfúrico y nítrico concentrados a temperatura ambiente, el carbón vítreo no se ve afectado por dicho tratamiento, incluso después de varios meses.
Nanoespuma de carbono
La nanoespuma de carbono es el quinto alótropo conocido del carbono, descubierto en 1997 por Andrei V. Rode y sus colaboradores en la Universidad Nacional Australiana en Canberra . Consiste en un conjunto de grupos de átomos de carbono de baja densidad unidos en una red tridimensional suelta.
Cada grupo tiene unos 6 nanómetros de ancho y consta de unos 4.000 átomos de carbono unidos en láminas similares a las de grafito a las que se les da una curvatura negativa mediante la inclusión de heptágonos entre el patrón hexagonal regular . Esto es lo contrario de lo que sucede en el caso de los buckminsterfullerenos , en los que las láminas de carbono adquieren una curvatura positiva mediante la inclusión de pentágonos .
La estructura a gran escala de la nanoespuma de carbono es similar a la de un aerogel , pero con un 1% de la densidad de los aerogeles de carbono producidos anteriormente , solo unas pocas veces la densidad del aire al nivel del mar . A diferencia de los aerogeles de carbono, la nanoespuma de carbono es un mal conductor eléctrico .
Carbono derivado de carburo
El carbono derivado de carburo (CDC) es una familia de materiales de carbono con diferentes geometrías de superficie y ordenamiento de carbono que se producen mediante la eliminación selectiva de metales de precursores de carburo metálico, como TiC, SiC, Ti 3 AlC 2 , Mo 2 C , etc. Esta síntesis se logra mediante tratamiento con cloro, síntesis hidrotermal o desorción selectiva de metales a alta temperatura al vacío. Dependiendo del método de síntesis, el precursor de carburo y los parámetros de reacción, se pueden lograr múltiples alótropos de carbono, incluidas partículas endoédricas compuestas predominantemente de carbono amorfo, nanotubos de carbono, grafeno epitaxial, diamante nanocristalino, carbono similar a una cebolla y cintas, barriles y cintas de grafito. cuernos. Estas estructuras exhiben una alta porosidad y áreas superficiales específicas, con diámetros de poro altamente ajustables, lo que las convierte en materiales prometedores para el almacenamiento de energía basado en supercondensadores, la filtración de agua y la desalinización capacitiva, el soporte de catalizadores y la eliminación de citocinas. [21]
Otras fases de carbono metaestables, algunas parecidas a diamantes, se han producido a partir de reacciones de SiC o CH3SiCl3 con CF4. [22]
Carbono acetilénico lineal
Un polímero de carbono unidimensional con la estructura —(C≡C) n— . Su estructura es relativamente parecida a la del carbono amorfo.
Se han formulado hipótesis sobre muchos otros alótropos, pero aún no se han sintetizado.
Estructura cristalina de la forma cúbica de carbono C 8 propuesta.bcc-carbon : A presiones ultraaltas superiores a 1000 GPa, se prevé que el diamante se transforme en una estructura cúbica centrada en el cuerpo . Esta fase tiene importancia en astrofísica y en los interiores profundos de planetas como Urano y Neptuno . Se han propuesto varias estructuras. El material superdenso y superduro parecido a esta fase fue sintetizado y publicado en 1979 y se informó que tenía el grupo espacial Im 3 con ocho átomos por celda unitaria primitiva (16 átomos por celda unitaria convencional). [24] Se afirmó que se había sintetizado la llamada estructura C 8 , que tenía cubos de ocho carbonos similares al cubano en el grupo espacial Im 3 m, con ocho átomos por celda unitaria primitiva, o 16 átomos por celda unitaria convencional ( también llamado supercubano, ver ilustración a la derecha). Pero un artículo de 1988 afirmaba que una teoría mejor era que la estructura era la misma que la de un alótropo de silicio llamado Si-III o γ-silicio, la llamada estructura BC8 con un grupo espacial Ia de 3 y 8 átomos por unidad primitiva. celda (16 átomos por celda unitaria convencional). [25] [26] En 2008 se informó que se había identificado la estructura de tipo cubano. [27] [28] Un artículo de 2012 consideró cuatro estructuras propuestas, la estructura supercubana, la estructura BC8, una estructura con grupos de cuatro átomos de carbono en tetraedros en el grupo espacial I 4 3m que tiene cuatro átomos por celda unitaria primitiva (ocho por celda unitaria primitiva) celda unitaria), y una estructura que los autores denominaron " sodalita de carbono ". Se pronunciaron a favor de esta estructura de sodalita de carbono, con una densidad calculada de 2,927 g/cm 3 , que se muestra en la parte superior izquierda de la ilustración debajo del resumen. [29] Esta estructura tiene sólo seis átomos por celda unitaria primitiva (doce por celda unitaria convencional). Los átomos de carbono se encuentran en los mismos lugares que los átomos de silicio y aluminio del mineral sodalita. El grupo espacial, I 4 3m, es el mismo que tendría la forma completamente expandida de sodalita si la sodalita tuviera solo silicio o solo aluminio. [30]
bct-carbon : el carbono tetragonal centrado en el cuerpo fue propuesto por teóricos en 2010. [31] [32]
La caoita es un mineral que se cree que se formó en impactos de meteoritos. Se ha descrito como un poco más duro que el grafito con un color reflectante de gris a blanco. Sin embargo, se discute la existencia de fases carbina; consulte el artículo sobre caoita para obtener más detalles.
D-carbono : El D-carbono fue propuesto por teóricos en 2018. [33] El D-carbono es un alótropo ortorrómbico de carbono sp 3 (6 átomos por celda). Los cálculos de energía total demuestran que el carbono D es energéticamente más favorable que la estructura T 6 propuesta anteriormente (con 6 átomos por celda), así como muchas otras.
Haeckelitas : Disposiciones ordenadas de pentágonos, hexágonos y heptágonos que pueden ser planos o tubulares.
El cristal K 4
El gráfico de Laves o cristal K 4 es una estructura de carbono metaestable cristalina tridimensional teóricamente predicha en la que cada átomo de carbono está unido a otros tres, en ángulos de 120° (como el grafito), pero donde los planos de enlace de las capas adyacentes se encuentran en ángulo. de 70,5°, en lugar de coincidir. [34] [35]
Carbono M : Se cree que el carbono monoclínico centrado en C se creó por primera vez en 1963 comprimiendo grafito a temperatura ambiente. Su estructura fue teorizada en 2006, [36] luego en 2009 se relacionó con esas observaciones experimentales. [37] Se propuso que muchos candidatos estructurales, incluido el carbono bct, fueran igualmente compatibles con los datos experimentales disponibles en ese momento, hasta que en 2012 se demostró teóricamente que esta estructura es cinéticamente la más probable que se forme a partir de grafito. [38] [39] Los datos de alta resolución aparecieron poco después, lo que demuestra que entre todos los candidatos a estructuras solo el carbono M es compatible con el experimento. [40] [41]
Carbono metálico : Estudios teóricos han demostrado que existen regiones en el diagrama de fases , a presiones extremadamente altas, donde el carbono tiene carácter metálico. [42] Los experimentos y la teoría de choque láser indican que por encima de 600 GPa el carbono líquido es metálico. [43]
Novameno: una combinación de diamante hexagonal y hexágonos sp 2 como en el grafeno. [44]
Fagrafeno : Alótropo similar al grafeno con conos de Dirac distorsionados.
Protomeno: Estructura cristalina hexagonal con una célula primitiva completamente relajada que consta de 48 átomos. De ellos, 12 átomos tienen el potencial de cambiar la hibridación entre sp 2 y sp 3 , formando dímeros. [46]
Carbono T : Cada átomo de carbono en el diamante se reemplaza por un tetraedro de carbono (de ahí 'carbono T'). Esto fue propuesto por teóricos en 1985. [48]
Existe evidencia de que las estrellas enanas blancas tienen un núcleo de núcleos de carbono y oxígeno cristalizados. El más grande de ellos encontrado hasta ahora en el universo, BPM 37093 , se encuentra a 50 años luz (4,7 × 10 14 km) de distancia, en la constelación de Centauro . Un comunicado de prensa del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica describió el núcleo estelar de 2.500 millas (4.000 km) de ancho como un diamante , [49] y fue nombrado como Lucy , en honor a la canción de los Beatles "Lucy in the Sky With Diamonds". "; [50] sin embargo, es más probable que se trate de una forma exótica de carbono. El pentagrafeno es un alótropo de carbono previsto que utiliza el mosaico pentagonal de El Cairo.
Se predice que el carbono U estará formado por capas corrugadas revestidas con anillos de seis o 12 átomos, unidos por enlaces covalentes. En particular, puede ser más duro que el acero , tan conductor como el acero inoxidable, altamente reflectante y ferromagnético , comportándose como un imán permanente a temperaturas de hasta 125 °C. [51]
Zayedene: combinación de cadenas de carbono sp lineales y carbono en masa sp3. La estructura de estos alótropos de carbono cristalino consta de cadenas sp insertadas en cavidades cilíndricas dispuestas periódicamente en diamantes hexagonales (lonsdaleita). [52] [53]
Variabilidad del carbono
El diamante y el grafito son dos alótropos del carbono: formas puras del mismo elemento que difieren en estructura.
El sistema de alótropos del carbono abarca una asombrosa gama de extremos, considerando que todos son meras formaciones estructurales del mismo elemento.
El diamante es claro y transparente, pero el grafito es negro y opaco.
El diamante es el mineral más duro conocido (10 en la escala de Mohs ), pero el grafito es uno de los más blandos (1-2 en la escala de Mohs ).
El diamante es el abrasivo definitivo, pero el grafito es blando y un muy buen lubricante.
El diamante es un excelente aislante eléctrico, pero el grafito es un excelente conductor.
El diamante es un excelente conductor térmico, pero algunas formas de grafito se utilizan para aislamiento térmico (por ejemplo, escudos térmicos y cortafuegos).
A temperatura y presión estándar, el grafito es la forma termodinámicamente estable. Por tanto, los diamantes no existen para siempre. Sin embargo, la conversión de diamante a grafito tiene una energía de activación muy alta y, por tanto, es extremadamente lenta.
A pesar de la dureza de los diamantes, los enlaces químicos que mantienen unidos los átomos de carbono de los diamantes son en realidad más débiles que los que mantienen unidos al grafito. La diferencia es que en el diamante los enlaces forman una red tridimensional inflexible. En el grafito, los átomos están estrechamente unidos formando láminas, pero las láminas pueden deslizarse fácilmente unas sobre otras, lo que suaviza el grafito. [54]
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enlaces externos
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