ALTROPOS DEL CARBONOAlumno: Gallo Vereau, Kevin PaulEscuela acadmico profesional de Fsica Facultad de Ciencias Fsicas y MatemticasUniversidad Nacional de Trujillo - Trujillo - La Libertad Per

I. INTRODUCCINSe denomina alotropa a la existencia de diversas formas de un elemento qumico, con estructura diferente pero un mismo estado fsico. Por ejemplo, el oxgeno gas se presenta como dioxgeno () y ozono (), el fsforo slido en formas blanca y roja, el azufre slido como plstico, rmbico y monoclnico, etc. En cuanto al carbono, desde hace tiempo se conocen dos formas alotrpicas: el diamante con los tomos en una red tetradrica y el grafito una red hexagonal plana. Ms recientemente, se han descubierto otras estructuras, elevando el nmero de altropos principales del carbono.

II. ALTROPOS DEL CARBONO

i) DiamanteEs una estructura estable del carbono, se presenta como una estructura cristalina del carbono cuya estructura est basada en una red cbica centrada en las caras, la caracterstica principal de esta estructura es el enlace tetradrico, en el cual el carbono se encuentra enlazado por cuatro tomos unidos mediante cuatro enlaces sigma, uno por cada enlace covalente con cada tomo de la red cristalina, los cuales son enlaces extremadamente fuertes.Ilustracin 1: Estructura del Diamante.

La estructura del diamante por dentro es relativamente vaco la mxima proporcin de espacio ocupado por esferas slidas 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 ah la raz de las propiedades de este material, solubilidad, y en particular, el diamante tiene la ms alta dureza y conductividad trmica de todos los materiales. Estas propiedades determinan que la aplicacin industrial principal del diamante sea en herramientas de corte y de pulido. Otra propiedad que se le atribuye es referente a la ptica por su estructura cristalina rgida y se lo utiliza para la difraccin de la luz. AplicacionesEl diamante tiene tomos de carbono enlazadas tetraedralmente () que cristaliza en la red de diamante, que es una variacin de la estructura cbica centrada en la cara. Los diamantes se adaptado para muchos usos, debido a las excepcionales caractersticas fsicas. Las ms notables son su dureza extrema y su conductividad trmica (9002.320 W/(mK)), as como la amplia banda prohibida y alta dispersin ptica9 Sobre los 1.700 C (1.973 K / 3.583 F) en el vaco o en atmsfera libre de oxgeno, el diamante se convierte en grafito; en aire la transformacin empieza aproximadamente a 700 C. DurezaEl diamante es el material ms duro conocido hasta el momento donde la dureza est definida como la resistencia a la ralladura. El diamante tiene una dureza de 10 (la mxima dureza) en la escala de Mohs de dureza de minerales. La dureza del diamante ha sido conocida desde la antigedad. El uso industrial de los diamantes ha sido asociado histricamente con su dureza; esta propiedad hace al diamante el material ideal para herramientas de cortado y pulido. Como material natural ms duro conocido, el diamante puede ser usado para pulir, cortar, o erosionar cualquier material, incluyendo otros diamantes., y es la fuente de su nombre. Conductividad elctrica Otras aplicaciones especializadas tambin existen o estn siendo desarrolladas, incluyendo su uso como semiconductores: algunos diamantes azules son semiconductores naturales, en contraste a la mayora de otros diamantes, que son excelentes aislantes elctricos. La conductividad y color azul se originan de la impureza de boro. El boro sustituye a tomos de carbono en la red de diamante, donando un hueco en la banda de valencia. TenacidadLa tenacidad se refiere a la habilidad del material de resistir la ruptura debido a un impacto fuerte. La tenacidad del diamante natural ha sido medida como 2,0 MPam1/2, y el factor de intensidad de tensin crtica es 3,4 MNm3/2. Estos valores son altos comparados con otras gemas, pero bajos comparados con la mayora de materiales de ingeniera. Como con cualquier material, la geometra microscpica de un diamante contribuye a su resistencia a la fractura.

ii) Grafito

En el grafito los tomos de carbono presentan hibridacin , esto significa que forma tres enlaces covalentes en el mismo plano a un ngulo de 120 (estructura hexagonal) y que un orbital perpendicular a ese plano quede libre (estos orbitales deslocalizados son fundamentales para definir el comportamiento elctrico del grafito). El enlace covalente entre los tomos de una capa es extremadamente fuerte, sin embargo las uniones entre las diferentes capas se realizan por fuerzas de Van der Waals e interacciones entre los orbitales , y son mucho ms dbiles.

Se podra decir que el grafito est constituido por capas de grafeno superpuestas.Ilustracin 2: estructura atmica del grafito.

Esta estructura laminar hace que el grafito sea un material marcadamente anistropo.

Al igual que el diamante, el grafito est constituido exclusivamente por tomos de carbono, pero con una estructura cristalina particular. Tanto el grafito como el diamante son formas alotrpicas del carbono, de entre las mltiples que son posibles. El grafito, como el diamante, es un mineral semimetlico. Se conocen procesos mediante los cuales el grafito puede convertirse en diamante mediante el uso de muy elevadas presiones y temperaturas, pero esos mtodos son de un coste superior al valor de mercado de los diamantes que se obtendran, por lo que el hecho apenas se ha aprovechado comercialmente excepto para fabricar microdiamantes empleados en herramientas especiales.

PropiedadesEl grafito es de color negro con brillo metlico, refractario y se exfolia con facilidad. En la direccin perpendicular a las capas presenta una conductividad de la electricidad baja y que aumenta con la temperatura, comportndose pues como un semiconductor. A lo largo de las capas la conductividad es mayor y aumenta proporcionalmente a la temperatura, comportndose como un conductor semimetlico. Aunque tanto el grafito como el diamante estn formados exclusivamente por tomos de carbono, el grafito es muy blando y opaco, mientras que el diamante es el mineral ms duro segn la escala de Mohs y adems deja pasar la luz a su travs, debindose estas marcadas diferencias fsicas exclusivamente a las diferentes redes cristalinas o retculos sobre las que se disponen los tomos de carbono en el grafito (tomos de carbono en los vrtices de prismas hexagonales) y en el diamante (la red cristalina est hecha de tetraedros regulares cuyos vrtices son tomos de carbono).

iii) LonsdaletaEs un altropo hexagonal de carbono encontrado en meteoritos, as llamado en honor de Kathleen Lonsdale. Es una forma semejante al diamante, sin embargo hexagonal (polimorfo).Encontrada por primera vez en 1967 en cristales microscpicos asociados al diamante en restos de meteorito en Arizona. Se cree que en el impacto del meteorito con grafito contra la tierra, el calor y la energa del impacto puedan transformar el grafito en diamante manteniendo su estructura hexagonal.Ilustracin 3: estructura atmica de la Lonsdaleta

Es de color negro, brillo diamantnico. Cristales