Introducción a la química

Términos

• Vida mediaEn un proceso de desintegración radiactiva, la cantidad de tiempo necesaria para acabar con la mitad del material original (sin desintegrar).
• fechado radiométricoTécnica utilizada para datar materiales comparando la abundancia natural de átomos radiactivos con sus productos de desintegración restantes.
• alótroposDiferentes formas de un elemento químico que se encuentran en su estado natural.

El carbono es el elemento químico con el símbolo C y número atómico 6 (contiene 6 protones en su núcleo). Como miembro del grupo 14 de la tabla periódica, no es metálico y es tetravalente, es decir, tiene cuatro electrones disponibles para formar enlaces químicos covalentes. El isótopo más común del carbono tiene 6 protones y 6 neutrones, y tiene una masa atómica de 12,0107 amu. Su configuración electrónica en estado básico es 1s22s22p2. Su estado de oxidación oscila entre 4 y -4, y tiene un valor de electronegatividad de 2,55 en la escala de Pauling. Es un sólido y sublima a 3.642 °C (tiene el punto de sublimación más alto de todos los elementos).

Alótropos del carbono

El carbono tiene varios alótropos, o formas diferentes en las que existe. Curiosamente, los alótropos del carbono abarcan una amplia gama de propiedades físicas: el diamante es la sustancia más dura que existe en la naturaleza, y el grafito es una de las sustancias más blandas que se conocen. El diamante es transparente, el abrasivo por excelencia, y puede ser un aislante eléctrico y un conductor térmico. Por el contrario, el grafito es opaco, muy buen lubricante, buen conductor de la electricidad y aislante térmico. Los alótropos del carbono no se limitan al diamante y al grafito, sino que también incluyen las buckyballs (fullerenos), el carbono amorfo, el carbono vítreo, la nanoespuma de carbono y los nanotubos, entre otros.

Reactividad química del carbono

Los compuestos de carbono forman la base de toda la vida conocida en la Tierra, y el ciclo carbono-nitrógeno proporciona parte de la energía producida por el sol y otras estrellas. El carbono tiene afinidad por unirse a otros átomos pequeños, incluidos otros átomos de carbono, mediante la formación de enlaces covalentes estables. A pesar de estar presente en un gran número de compuestos, el carbono es poco reactivo en comparación con otros elementos en condiciones normales. A temperatura y presión normales, resiste la oxidación; no reacciona con el ácido sulfúrico, el ácido clorhídrico, el cloro ni los metales alcalinos. A temperaturas más altas, el carbono reacciona con el oxígeno para dar óxidos de carbono, y con los metales para dar carburos metálicos.

El carbono tiene la capacidad de formar cadenas muy largas de enlaces C-C fuertes y estables entre sí. Esta propiedad permite que el carbono forme un número casi infinito de compuestos; de hecho, se conocen más compuestos que contienen carbono que todos los compuestos de los demás elementos químicos combinados, excepto los del hidrógeno (porque casi todos los compuestos orgánicos contienen también hidrógeno).

Isótopos del carbono

El carbono tiene dos isótopos estables que se producen de forma natural: el carbono-12 y el carbono-13. El carbono-12 constituye el 98,93% y el carbono-13 el 1,07% restante. La concentración de 12C aumenta aún más en los materiales biológicos porque las reacciones bioquímicas discriminan el 13C. La identificación del carbono en los experimentos de RMN se realiza con el isótopo 13C. El 14C es un isótopo radiactivo del carbono con una vida media de 5730 años. Tiene una abundancia natural muy baja (0,0000000001%), y decae a 14N mediante desintegración beta. Se utiliza en la datación radiométrica para determinar la edad de muestras carbonosas (de origen físico o biológico) de hasta unos 60.000 años.

En total, se conocen 15 isótopos del carbono y el de vida más corta es el 8C, que decae por emisión de protones y desintegración alfa, y tiene una vida media de 1,98739 x 10-21 segundos. El exótico 19C presenta un halo nuclear, lo que significa que su radio es sensiblemente mayor de lo que cabría esperar si el núcleo fuera una esfera de densidad constante.

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