¿Que es lo que el duro diamante, el blando grafito y los exóticos fullerenos y nanotubos presentan en común? Son todos alótropos de carbono, esto es, substancias simples diferentes compuestas por un único tipo de elemento. Veamos la tabla a continuación:
Alótropos
Fórmula
Estructura
Hollín
Cn (estructura aleatoria con predominancia de carbono sp2)
Grafito
Cn (hojas paralelas de anillos aromáticos unidos)
Diamante
Cn (cristales con carbono sp3)
Fullerenos
C60 es el más común, pero existen decenas de otras moléculas como C20 y C70
Nanotubos de Carbono
Cn, son tubos con estructura semejante a las hojas de grafito.
Estos alótropos presentan en común otro aspecto: tienen una infinidad de usos, gracias a sus propiedades únicas. Detallaremos un poco de estos usos y propiedades:
Carbono amorfo como pigmento negro
El carbono amorfo es una forma semejante al grafito, pero con muchos “defectos”, esto significa, sin las extensas hojas que aparecen en el grafito. Puede ser preparado de varias formas (y con diferentes grados de pureza), desde la captura del hollín, hasta la carbonización de material vegetal o animal, que lleva a carbones activados.
Sus usos principales son como pigmento negro, en colorantes, alimentos y otros materiales como neumáticos y como material desodorizante y filtrante para agua y gases en máscaras.
Grafito para escritura y más
El grafito está compuesto de extensas capas de átomos de carbono, que forman hojas con anillos unidos – más o menos como una tela-. Estas telas de carbono se deslizan fácilmente unas sobre otras y al escribir con un lápiz de grafito, el rastro dejado es causado por estas capas que van esparciéndose a medida que el lápiz es rozado contra el papel.
Esta misma propiedad “deslizante” del grafito permite que el sea utilizado como lubricante, especialmente para altas temperaturas – ya que este material resiste a más de 3000 ºC antes de comenzar a fundirse-. Por este mismo motivo y también por conducir electricidad con razonable facilidad, el grafito puede ser utilizado como electrodo para hornos eléctrico, donde conduce corriente eléctrica suficiente para fundir metales.
Los diamantes no son para siempre
Los diamantes son la substancia natural más dura que se conoce. Son densos y transparentes, cuando puros, con un alto índice de refracción que esparce la luz con más eficiencia que un prisma de vidrio (especialmente luego que es lapidado).
Debido a su dureza, son tradicionalmente utilizados para cortar otros materiales y más recientemente han sido fabricadas finas capas de diamante para proteger superficies muy especiales. También son aislantes eléctricos y excelentes conductores de calor. Pero los diamantes no son para siempre ya que siendo de carbono, pueden quemarse en llamas suficientemente calientes en presencia de O2.
Fullerenos son bolas de carbono
Los fullerenos son el único alótropo molecular del carbono, o sea, no son formas con millares de átomos aglomerados. Son minúsculas bolas con números determinados de átomos de carbono. El C60 es el más común, pero existen decenas de otras moléculas, como el C20 y el C70.
Fueron descubiertos en 1985, cuando científicos investigaban los tipos de macromoléculas de carbono que podrían formarse en las nebulosas del espacio. Hoy se sabe que hay trazos de fullerenos en hollín y en algunos minerales. Aún no existen aplicaciones comerciales, pero si, muchas aplicaciones potenciales.
Los Nanotubos son fruto de la investigación con fullerenos
La investigación con fullerenos les valió el Novel a los investigadores en 1996. Y animó el ramo de los alótropos de carbono. Hoy existen millares de investigadores trabajando con una u otra forma inusual de carbono, los nanotubos.
Imaginemos que una de aquellas bien conocidas hojas de grafito se dobla en forma de tubo. Un nanotubo es más o menos esto, pudiendo ser de paredes simples, dobles o múltiples, abiertos o cerrados. Estos tubos son casi unidimensionales (poseen un largo mucho superior al ancho) y existen diversos prototipos de circuitos electrónicos, dispositivos y materiales conteniendo nanotubos. Los pronósticos de productos para el área médica son muy interesantes.
Como se puede ver, el carbono, este elemento tan conocido por la humanidad, aún reserva muchas sorpresas para el futuro.
