El carbono es un elemento increíble. Organice los átomos de carbono de una manera y se convertirán en grafito suave y flexible. Vuelva a ajustar la disposición y, ¡listo! - los átomos forman el diamante, uno de los materiales más duros del mundo.
El carbono también es el ingrediente clave para la mayor parte de la vida en la Tierra; el pigmento que hizo los primeros tatuajes; y la base de maravillas tecnológicas como el grafeno, que es un material más fuerte que el acero y más flexible que el caucho. [Ver Tabla periódica de los elementos ]
El carbono se produce naturalmente como carbono-12, que constituye casi el 99 por ciento del carbono en el universo; carbono-13, que constituye aproximadamente el 1 por ciento; y carbono-14, que constituye una cantidad minúscula del carbono total, pero esmuy importante en la datación de objetos orgánicos.
solo los hechos
- Número atómico número de protones en el núcleo: 6
- Símbolo atómico en la tabla periódica de elementos: C
- Peso atómico masa media del átomo: 12.0107
- Densidad: 2,2670 gramos por centímetro cúbico
- Fase a temperatura ambiente: sólido
- Punto de fusión: 6422 grados Fahrenheit 3550 grados C
- Punto de ebullición: 6.872 F 3.800 C sublimación
- Número de isótopos: 15 en total; dos isótopos estables, que son átomos del mismo elemento con un número diferente de neutrones.
- Isótopos más comunes: carbono-12 6 protones, 6 neutrones y 6 electrones y carbono-13 6 protones, 7 neutrones y 6 electrones
Carbono: de las estrellas a la vida
Como el sexto elemento más abundante en el universo, el carbono se forma en el vientre de las estrellas en una reacción llamada proceso triple alfa, según el Centro Swinburne de Astrofísica y Supercomputación.
En estrellas más viejas que han quemado la mayoría de sus hidrógeno , el helio sobrante se acumula. Cada núcleo de helio tiene dos protones y dos neutrones. En temperaturas muy altas, superiores a 100.000.000 Kelvin 179.999.540,6 F - los núcleos de helio comienzan a fusionarse, primero como pares en núcleos inestables de berilio de 4 protones y, finalmente, cuando suficientes núcleos de berilio comienzan a existir, en un berilio más un helio. El resultado final: átomos con seis protones y seis neutrones: carbono.
El carbono es un creador de patrones. Puede unirse a sí mismo, formando cadenas largas y resistentes llamadas polímeros. También puede unirse hasta con otros cuatro átomos debido a su disposición de electrones. Los átomos están dispuestos como un núcleo rodeado por una nube de electrones,con electrones zumbando a diferentes distancias del núcleo. Los químicos conciben estas distancias como capas, y definen las propiedades de los átomos por lo que hay en cada capa según la Universidad de California, Davis . El carbono tiene dos capas de electrones, la primera contiene dos electrones y la segunda cuatro de los ocho espacios posibles. Cuando los átomos se unen, comparten electrones en su capa más externa. El carbono tiene cuatro espacios vacíos en su capa externa, lo que permitepara unirse a otros cuatro átomos también puede unirse de manera estable a menos átomos formando enlaces dobles y triples.
En otras palabras, el carbono tiene opciones. Y las usa: se han descubierto casi 10 millones de compuestos de carbono, y los científicos estiman que el carbono es la piedra angular del 95 por ciento de los compuestos conocidos, según el sitio web Chemistry Explained. La increíble capacidad del carbono paravínculo con muchos otros elementos es una de las principales razones por las que es crucial para casi toda la vida.
El descubrimiento del carbono se ha perdido en la historia. Los humanos prehistóricos conocían el elemento en forma de carbón vegetal. El carbón como carbón sigue siendo una fuente importante de combustible en todo el mundo, y proporciona alrededor del 30 por ciento de la energía en todo el mundo, según la Asociación Mundial del Carbón. Carbóntambién es un componente clave en la producción de acero, mientras que el grafito, otra forma de carbono, es un lubricante industrial común.
El carbono 14 es un isótopo radiactivo del carbono utilizado por los arqueólogos para fechar objetos y restos. El carbono 14 se encuentra de forma natural en la atmósfera. Las plantas lo absorben mediante la respiración, en la que convierten los azúcares producidos durante la fotosíntesis en energía queutilizar para crecer y mantener otros procesos, según la Universidad Estatal de Colorado . Los animales incorporan carbono-14 en sus cuerpos al comer plantas u otros animales que se alimentan de plantas. El carbono-14 tiene una vida media de 5.730 años, lo que significa que después de ese tiempo, la mitad del carbono-14 en una muestra se descompone, según la Universidad de Arizona .
Debido a que los organismos dejan de tomar carbono-14 después de la muerte, los científicos pueden usar la vida media del carbono-14 como una especie de reloj para medir cuánto tiempo ha pasado desde que murió el organismo. Este método funciona en organismos que alguna vez vivieron, incluidos objetoshecho de madera u otro material vegetal.
¿Quién sabía?
- Carbon recibe su nombre de la palabra latina carbo , que significa "carbón"
- Los diamantes y el grafito se encuentran entre los materiales naturales más duros y blandos conocidos, respectivamente. La única diferencia entre los dos es su estructura cristalina.
- El carbono constituye el 0,032 por ciento de la litosfera de la Tierra corteza y manto exterior en peso, según la Enciclopedia de la Tierra. Una estimación aproximada del peso de la litosfera por el geólogo de la Universidad de La Salle David Smith es 300.000.000.000.000.000.000.000 o 3 * 10^ 23 libras, lo que hace que el peso aproximado del carbono en la litosfera sea de 10,560,000,000,000,000,000,000 o 1.056 * 10 ^ 22 libras.
- El dióxido de carbono un átomo de carbono más dos átomos de oxígeno constituye aproximadamente el 0,04 por ciento de la atmósfera de la Tierra, según la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica NOAA - un aumento con respecto a la época preindustrial, debido a la quema de combustibles fósiles.
- El monóxido de carbono un átomo de carbono más un átomo de oxígeno es un gas inodoro producido por la quema de combustibles fósiles. El monóxido de carbono mata al unirse a la hemoglobina, el compuesto que transporta oxígeno en la sangre. El monóxido de carbono se une a la hemoglobina 210 veces másmás fuerte que el oxígeno se une a la hemoglobina, desplazando efectivamente al oxígeno y asfixiando los tejidos, según un artículo de 2001 en la Revista de la Real Sociedad de Medicina .
- El diamante, la versión más llamativa del carbono, se forma bajo una gran presión en las profundidades de la corteza terrestre. El diamante con calidad de gema más grande jamás encontrado fue el diamante Cullinan, que fue descubierto en 1905. según Royal Collection Trust . El diamante sin tallar era de 3106,75 quilates. La gema más grande de la piedra, de 530,2 quilates, es una de las Joyas de la Corona del Reino Unido y se la conoce como la Gran Estrella de África.
- Los tatuajes de Ötzi el hombre de hielo , un cadáver de 5.300 años encontrado congelado en los Alpes, fue entintado con carbón, según un estudio de 2009 en el Journal of Archaeological Science. Se hicieron pequeñas incisiones en la piel y se frotó con carbón, tal vez como parte deun tratamiento de acupuntura.
investigación en curso
El carbono es un elemento que se ha estudiado durante mucho tiempo, pero eso no significa que no haya más por descubrir. De hecho, el mismo elemento que nuestros antepasados prehistóricos quemaron como carbón puede ser la clave para los materiales tecnológicos de la próxima generación.
En 1985, Rick Smalley y Robert Curl de Rice University en Texas y sus colegas descubrieron una nueva forma de carbono. Al vaporizar el grafito con láseres, los científicos crearon una misteriosa molécula nueva hecha de carbono puro. según la American Chemical Society . Esta molécula resultó ser una esfera con forma de pelota de fútbol hecha de 60 átomos de carbono. El equipo de investigación nombró su descubrimiento buckminsterfullereno en honor a un arquitecto que diseñó domos geodésicos. La molécula ahora se conoce más comúnmente como "buckyball"."Los investigadores que lo descubrieron ganaron un Premio Nobel de Química en 1996. Buckyballs se ha descubierto que inhibe la propagación del VIH, según un estudio publicado en 2009 en el Journal of Chemical Information and Modeling ; los investigadores médicos están trabajando para unir medicamentos, molécula por molécula, a las buckybolas con el fin de administrar medicamentos directamente a los sitios de infección o tumores en el cuerpo; esto incluye investigación de la Universidad de Columbia , Universidad de Rice y otros.
Desde entonces, se han descubierto otras moléculas nuevas de carbono puro, llamadas fullerenos, que incluyen "buckyeggs" de forma elíptica y nanotubos de carbono con increíbles propiedades conductoras. La química del carbono todavía está lo suficientemente caliente como para ganar premios Nobel: en 2010, investigadores de Japón y Estados Unidos ganaron uno por descubrir cómo unir átomos de carbono mediante átomos de paladio, un método que permitela fabricación de moléculas de carbono grandes y complejas, según la Fundación Nobel.
Los científicos e ingenieros están trabajando con estos nanomateriales de carbono para construir materiales sacados directamente de la ciencia ficción. A artículo de 2010 en la revista Nano Letters informa la invención de textiles flexibles y conductores sumergidos en una "tinta" de nanotubos de carbono que podría usarse para almacenar energía, tal vez allanando el camino para baterías portátiles, células solares y otros dispositivos electrónicos.
Sin embargo, quizás una de las áreas más candentes en la investigación del carbono hoy en día es el grafeno, el "material milagroso". El grafeno es una hoja de carbono de solo un átomo de espesor. Es el material más fuerte que se conoce sin dejar de ser ultraligero y flexible. Y conduce electricidadmejor que el cobre.
La producción masiva de grafeno es un desafío, aunque los investigadores en abril de 2014 informaron que podrían producir grandes cantidades usando nada más que una licuadora de cocina . Si los científicos pueden descubrir cómo hacer mucho grafeno fácilmente, el material podría volverse enorme en tecnología. Imagine dispositivos flexibles e irrompibles que también son delgados como el papel. El carbono ha recorrido un largo camino desde el carbón y los diamantes, de hecho.
nanotubos de carbono
Un nanotubo de carbono CNT es una estructura minúscula parecida a una pajita hecha de átomos de carbono. Estos tubos son extremadamente útiles en una amplia variedad de tecnologías electrónicas, magnéticas y mecánicas. Los diámetros de estos tubos son tan pequeños que se midenen nanómetros. Un nanómetro es una mil millonésima parte de un metro, unas 10.000 veces más pequeño que un cabello humano.
Los nanotubos de carbono son al menos 100 veces más fuertes que el acero, pero solo una sexta parte más pesados, por lo que pueden agregar resistencia a casi cualquier material, según instrumentos de nanociencia También son mejores que el cobre para conducir electricidad y calor.
La nanotecnología se está aplicando a la búsqueda de convertir el agua de mar en agua potable. En un nuevo estudio, los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore LLNL han desarrollado a proceso de nanotubos de carbono que puede sacar la sal del agua de mar de manera mucho más eficiente que las tecnologías tradicionales.
Por ejemplo, los procesos de desalinización tradicionales bombean agua de mar a alta presión, enviándola a través de membranas de ósmosis inversa. Estas membranas luego rechazan todas las partículas grandes, incluidas las sales, permitiendo que solo pase agua limpia. Sin embargo, estas plantas de desalinización son muy caras ysolo puede procesar alrededor del 10 por ciento de las necesidades de agua de un condado, según LLNL.
En el estudio de nanotubos, los científicos imitaron la forma en que están estructuradas las membranas biológicas: esencialmente una matriz con poros dentro de la membrana. Usaron nanotubos que eran particularmente pequeños, más de 50.000 veces más delgados que un cabello humano. Estos diminutos nanotubos permiten unaflujo de agua muy alto, pero son tan estrechos que solo una molécula de agua puede pasar a través del tubo a la vez. Y lo más importante, los iones de sal son demasiado grandes para pasar por el tubo.
Los investigadores creen que el nuevo descubrimiento tiene implicaciones importantes para la próxima generación de procesos de purificación de agua y tecnologías de membranas de alto flujo.
Informe adicional de Traci Pedersen, colaboradora de Rhythm89.
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