Ejercicio 1
Completar la tabla con las características y propiedades de los tres tipos de carbono (diamante, grafito y antracita) y describir sus semejanzas y diferencias.
Parte 1.a
Tabla completada
| TIPOS DE CARBONO | CARACTERÍSTICAS | PROPIEDADES |
|---|---|---|
| Diamante | Sólido cristalino de carbono puro; cada átomo de carbono está unido mediante enlaces covalentes muy fuertes a cuatro átomos vecinos, formando una red cúbica (estructura tetraédrica). Es la forma alotrópica más dura de la naturaleza. | Dureza extrema (10 en la escala de Mohs); índice de refracción muy alto (2{,}42); gran poder de dispersión de la luz; excelente conductor térmico (1 ext{-}5 imes 10^{3} ext{ W m}^{-1} ext{K}^{-1}); no conduce la corriente eléctrica (no hay electrones libres); inmutable frente a la mayoría de los reactivos; fusión superior a 3 ext{ 500} ext{ }^{\circ}\text{C}. |
| Grafito | Sólido cristalino de carbono puro; los átomos están organizados en capas o planos hexagonales, apilados uno sobre otro; dentro de cada capa los átomos comparten tres electrones, quedando uno deslocalizado entre los planos. | Opaco, de color negro-gris; brillante y untuoso al tacto (lubricante); buen conductor de la electricidad a lo largo de las capas y buen conductor térmico; es blando (dureza 2 en la escala de Mohs); se desliza fácilmente porque las capas se separan con poca fuerza; alto punto de fusión, pero sublima y se descompone en aire a temperatura elevada; es un reductor débil. |
| Antracita | Es una roca metamórfica carbonosa (carbón fósil) con alto contenido de carbono (más del 90 ext{-}95 ext{ %}); no es un alótropo químicamente puro, sino el grado de carbón más avanzado y con mayor contenido de carbono de todos. | Dura, quebradiza y de color negro intenso con brillo metálico; dureza 2{,}5 ext{-}3 en la escala de Mohs; densidad superior a la de los demás carbónicos ( 1.3 ext{ g/cm}^{3}); combustible fósil de muy alto poder calorífico ( 30 ext{ MJ/kg}); poca humedad y escasa volatilidad; no conduce bien la corriente eléctrica; químicamente muy reactiva y de baja volatilidad. |
Parte 1.b
Semejanzas
- Los tres están formados mayoritariamente por átomos de carbono.
- En los tres la estructura básica son enlaces covalentes \text{C--C}, muy estables.
- Los tres son sólidos, con alto punto de fusión y con baja reactividad frente a los ácidos.
- Diamante y grafito son dos formas alotrópicas del mismo elemento; la antracita es el carbón más rico en carbono de los tres.
- Los tres presentan elevada dureza o resistencia al desgaste y se aprovechan industrialmente (diamante como abrasivo y en joyería; grafito como electrodo y lubricante; antracita como combustible y en la siderurgia).
- Todos contienen carbono, elemento esencial para la vida y presente en las moléculas orgánicas (proteínas, lípidos y ácidos nucleicos).
Parte 1.c
Diferencias
- Estructura: el diamante presenta una red tetraédrica tridimensional; el grafito, capas hexagonales apiladas; la antracita, una red amorfa con restos de grafito.
- Dureza: el diamante es la sustancia más dura (10); el grafito es muy blando (1 ext{-}2); la antracita es de dureza intermedia (2{,}5 ext{-}3).
- Conducción eléctrica: el diamante es aislante; el grafito es buen conductor; la antracita es un pobre conductor.
- Transparencia: el diamante es transparente y muy refringente; grafito y antracita son opacos y negros.
- Pureza: diamante y grafito son formas alotrópicas puras del carbono; la antracita es un carbón que, además de carbono, contiene pequeñas cantidades de hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre, más cenizas.
- Punto de fusión y uso principal: el diamante se usa en joyería y abrasivos por su dureza; el grafito, como lubricante, electrodo y en los lápices; la antracita, como combustible de alto poder calorífico y en la producción de acero.
Respuesta de orientación para el recuadro "Sabías qué"
El carbono es el elemento esencial de la química orgánica: tiene número atómico Z=6 y configuración electrónica 1s^{2}2s^{2}2p^{2}, con cuatro electrones de valencia que le permiten formar enlaces sencillos, dobles, triples y cadenas largas. Esto explica la gran diversidad de compuestos orgánicos (proteínas, lípidos, ácidos nucleicos, carbohidratos) y la existencia de formas alotrópicas con propiedades muy distintas.
Respuesta
Diamante (dura, aislante, transparente), grafito (blanda, conductor, lubricante) y antracita (carbón con más de 90 ext{ %} de C, combustible). Comparten contenido en carbono y estructura covalente; difieren en estructura, dureza, conducción y aplicación.
