Ejercicio 1
Completo la tabla con las características y propiedades de los tres tipos de carbono (diamante, grafito y antracita) y describo sus semejanzas y diferencias.
Parte 1.a
Tabla comparativa
| TIPOS DE CARBONO | CARACTERÍSTICAS | PROPIEDADES |
|---|---|---|
| Diamante | Alótropo del carbono: cada átomo está hibridado sp^{3} y forma 4 enlaces covalentes simples con los átomos vecinos, dispuestos en una red tridimensional tetraédrica muy estable. Es el mineral más duro que existe. | Incoloro y transparente; dureza máxima (10 en la escala de Mohs); altísimo punto de fusión (aprox. 3550\,^{\circ}\mathrm{C}); no conduce electricidad (aislante) ni calor tan bien como el grafito; índice de refracción muy alto y alta dispersión de la luz (brillo); muy baja reactividad química. |
| Grafito | Alótropo del carbono: los átomos están hibridados sp^{2} y forman capas o láminas hexagonales planas; dentro de cada lámina los enlaces son covalentes, pero entre capas solo actúan fuerzas de van der Waals. | Gris oscuro y opaco; blando y lubricante (las capas se deslizan entre sí); buen conductor de electricidad (los electrones π son móviles en el plano); conductor térmico; punto de fusión elevado (sublima cerca de @@MATH_0@@\mathrm{C}$); algo reactivo frente a oxidantes; opaco y no refractante. |
| Antracita | No es un alótropo elemental puro, sino el carbón fósil de mayor grado de metamorfismo: tiene el mayor contenido de carbono fijo (86–98 %), bajo contenido de volátiles y cenizas, y presenta una estructura desordenada de láminas aromáticas con pocos enlaces cruzados. | Negro, lustroso (apariencia metálica); duro y denso (dureza de 2,5–3 en la escala de Mohs); punto de fusión muy alto; quema con llama azul corta, sin humo y sin llamarada; alto poder calorífico; mala conductividad eléctrica y térmica comparada con el grafito; baja reactividad; no se disuelve en agua ni en ácidos comunes. |
Parte 1.b
Semejanzas
- Los tres están constituidos principalmente por átomos de carbono (el elemento con símbolo \mathrm{C} y número atómico 6).
- Son sólidos a temperatura y presión normales, duros, de color oscuro y con altos puntos de fusión y sublimación.
- Son poco reactivos químicamente y no se disuelven en agua ni en ácidos comunes.
- Poseen estructura basada en enlaces covalentes carbono–carbono: en el diamante la red es tridimensional y en el grafito y la antracita son capas o láminas de anillos hexagonales.
- Todos son atractores de calor y luz (se calientan al absorber radiación) y al arder producen dióxido de carbono: \mathrm{C} + \mathrm{O}_{2} \rightarrow \mathrm{CO}_{2}.
- Todos son sustancias opacas en estado sólido y no conductores de electricidad en estado de reposo, salvo el grafito, que sí conduce.
Parte 1.c
Diferencias
- Estructura y hibridación: el diamante tiene hibridación sp^{3} y red tridimensional tetraédrica; el grafito y la antracita tienen hibridación sp^{2} con anillos hexagonales planos.
- Dureza: el diamante es el material más duro conocido (10 en Mohs); el grafacto es blando (1–2) y lubricante; la antracita es intermedia (2,5–3).
- Conducción eléctrica: el grafacto conduce electricidad porque sus electrones \pi son móviles; el diamante y la antracita son aislantes.
- Transparencia y óptica: el diamante es transparente, incoloro y con gran refracción y dispersión de la luz; el grafito y la antracita son opacos y grisáceos-negros.
- Composición: el diamante y el grafito son formas alotrópicas puras del carbono (100 % \mathrm{C}); la antracita es un carbón fósil impuro (86–98 % \mathrm{C}, con pequeñas cantidades de \mathrm{H}, \mathrm{N}, \mathrm{O} y cenizas).
- Usos: el diamante se usa en joyería y como abrasivo de precisión; el grafito en lubricantes, electrodos y lápices; la antracita como combustible de alto poder calorífico y en la producción de acero y de gases manufacturados.
Respuesta
la tabla anterior y las semejanzas/diferencias descritas.
