Propiedades Físicas y Químicas del Carbono

QUÍMICA DEL CARBONO

• El carbono es el principal elemento que interviene en la química orgánica, es un elemento ampliamente distribuido en la naturaleza, aunque solo constituye el 0.027% de la corteza terrestre, o sea 0.09% en masa.

LAS TRES FORMAS DE CARBONO ELEMENTAL EXISTENTES EN LA NATURALEZA SON:

DIAMANTE

• Es el material mas duro que se conoce, es sólido y transparente.

• En el diamante los átomos de carbono forman redes covalentes, cada átomo está unido a otros cuatro en una estructura tridimensional.

• Densidad: 3.51 gr/cm3

• A temperaturas altas (1x105 atm. Y 300°C) el grafito se convierte en diamante. Cada año se sintetizan 3x104 kg de diamante grado industrial que sirve para cortes en molienda y pulimentos.

• Tiene propiedades alisotrópicas.

• No es un conductor de la electricidad.

• Tiene mayor conductividad térmica (entre 4 veces la del cobre o la plata).

• Tiene propiedades ópticas y acústicas en forma excepcional.

BUCKMINSTERFULERENO

• En 1985 científicos volatizaron el grafito para producir una forma estable de molécula de carbono consistente en 60 átomos de carbono dispuestos en una forma esférica desigual parecida a un balón de fútbol.

• La molécula recibió el nombre de Buckminsterfulereno (“pelota de Bucky”) en honor a R. Buckminster Fuller.

GRAFITO

• Sólido, suave, resbaladizo, tiene lustre metálico, conductor de la electricidad.

• Formado en láminas paralelas de átomos de carbono que se mantienen unidas por las fuerzas de Lodón en capas hexagonales interconectadas entre sí.

• Densidad: 2 gr/cm3

• Químicamente poco reactivo

• Se puede preparar fibras de grafito ligeras.

• Se produce paralizando lentamente fibras orgánicas a una temperatura entre 150°C a 300°C para grafitizarlas o sea en forma amorfa a grafito.

PROPIEDADES FÍSICAS DEL CARBONO

• Estructura cristalina: hexagonal

• Estructura electrónica: [He] 2s2 2p2

• Pertenece a la familia IV A

• No. Atómico z =6

• Masa atómica 12.011

• # Oxidación ± 4 + 2

• Electronegatividad 2.5

• Punto de fusión 3727 °C

• Punto de ebullición 4230 °C

CARBONO 12

• Presenta una masa atómica de 12 y sirve como patrón de una unidad de masa atómica que se define como una masa exacta a igual a 121 de la masa del carbono 12.

• El carbón es un sólido natural café oscuro o negro que se usa como combustible y amorfo y carbono cristalino.

PROPIEDADES QUÍMICAS DEL CARBONO

• Se une consigo mismo y con otros elementos particularmente la unión carbono-hidrogeno, sobre todo en la química orgánica con una unión covalente (No hay cesión de electrones, se comparten).

• Tiene la capacidad de formar cadenas muy estables de átomos de carbono entre si con uniones simples, dobles o triples, por lo que se deriva la posibilidad de un enorme número de compuestos orgánicos.

• Se combina con los metales dando Carburos.

• Por ejemplo: C + Ca CCa2 Carburo de Calcio con los halógenos solamente lo ataca el fluor. 2F2 + C CF4 Fluoruro de carbono.

• El carbono se quema en el aire y al rojo descompone al vapor de agua a temperaturas elevadas y en presencia de poco oxigeno formando CO, pero cuando hay presencia de oxigeno da CO2 y simplemente a temperaturas bajas.

• El CO es combustible y tiene un carácter muy reductor, muy tóxico.

• En presencia de pentóxido de yodo reduce al yodo hasta yodo metálico.

• 52 2 2I O + 5CO →5CO + I

• Por medio del análisis espectral o bandas de absorción el CO es un poderoso agente de síntesis, es ideal como combustible y reductor industrial.

• El CO2 no es un combustible, es asfixiante pero no tóxico; en solución

• acuosa es un disolvente del carbonato de calcio.

• En su forma sólida constituye la nieve carbónica que se usa en refrigerantes y se

• une en caliente al carbono dando Oxido Carbonico.

• Disuelto en agua da ácido carbónico:

• CO2 + H2O← → H2CO3

PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DEL HIDRÓGENO

• El hidrógeno es un gas incoloro, inodoro e insípido a temperatura ambiente. Es el elemento más liviano que existe, siendo aproximadamente 14 veces menos pesado que el aire. Su molécula consiste de dos átomos de hidrógeno (H2) unidos por un enlace covalente. Posee tres isótopos, de los cuales el más abundante es el Protio (99.985%); el Deuterio tiene una abundancia de 0,02% y el tritio es tan escaso que de cada 109 átomos de hidrógeno hay uno de tritio. 

• El hidrogeno es fácilmente absorbido por ciertos metales finamente divididos, siendo los principales paladio, platino y oro. Por ejemplo, uno volumen de paladio finamente dividido puede adsorber aproximadamente 850 volumen es de Hidrógeno a temperatura ambiente. El hidrógeno absorbido es muy activo químicamente.

PROPIEDADES QUÍMICASQuímicamente, el hidrogeno es capaz de combinarse con

la mayoría de los elementos cuando se tienen las condiciones adecuadas. El hidrogeno tiene gran afinidad

con el oxígeno, con el cual se combina en frío muy lentamente, pero en presencia de una llama o de una

chispa eléctrica lo hace casi instantáneamente con explosión. Por esto, las mezclas de hidrógeno y aire

deben manejarse con mucha precaución. 

• La reacción es: 2H2 (g) +O2(G) 2HO(g)

• La ecuación anterior nos indica la gran cantidad de energía desprendida por la reacción. 

• Una propiedad muy importante del hidrógeno es su poder reductor. En efecto, a altas temperatura el hidrógeno reacciona con algunos óxidos reduciéndolos. 

• Este poder reductor, que se base en la tendencia del hidrógeno a oxidarse al estado de oxidación +1, tiene además aplicación en muchos procesos químicos.