Página 87 - Libro de Química de Tercero de Bachillerato
Características y propiedades del carbono
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Recuerda relacionar estructura con propiedad: red covalente 3D → máxima dureza (diamante); capas con electrones π → conductividad y suavidad (grafito); alto % de C y poca materia volátil → alto poder calorífico (antracita).
Todos pueden oxidar a CO2 a alta T: $$\mathrm{C}+\mathrm{O}_2\rightarrow \mathrm{CO}_2$$
Análisis: Se debe completar la tabla para cada tipo de carbono con rasgos estructurales (características) y sus propiedades observables/tecnológicas.
Resolución paso a paso:
- Diamante
- Características: Red covalente 3D; hibridación sp3; enlaces C–C muy fuertes; transparente; sin electrones libres.
- Propiedades: Dureza 10 (Mohs); aislante eléctrico y excelente conductor térmico; alto punto de fusión; alto índice de refracción y brillo adamantino; insoluble; muy inerte a T ambiente.
- Grafito
- Características: Láminas de anillos hexagonales (sp2) apiladas; capas unidas por fuerzas de Van der Waals; electrones π deslocalizados.
- Propiedades: Buen conductor eléctrico y térmico (en el plano); blando y lubricante; negro opaco; deja trazo (mina de lápiz); resistente a altas T en atmósfera inerte.
- Antracita
- Características: Carbón mineral metamórfico con 86–97% de C; estructura microcristalina cercana al grafito; negro brillante; duro y frágil; bajo contenido de volátiles e impurezas.
- Propiedades: Muy alto poder calorífico; combustión limpia (poco humo), difícil de encender, llama azul corta; baja conductividad eléctrica; usada como combustible y en filtración de agua.
Conclusión: La estructura (sp3 vs sp2 vs microcristalina) explica la dureza del diamante, la conductividad del grafito y el alto valor energético de la antracita.
Para comparar, organiza una tabla mental con tres ejes: estructura (sp3 vs sp2 vs microcristalina), propiedad clave (dureza, conductividad, combustibilidad) y uso. Vincula cada propiedad con su estructura microscópica.
Análisis: Comparar diamante, grafito y antracita en lo común y en lo que cambia.
Resolución:
Semejanzas
- Sólidos ricos en carbono con enlaces C–C y alto punto de fusión.
- Insolubles en agua; químicamente estables a T ambiente.
- En presencia de O2 se oxidan a CO2.
Diferencias
- Estructura: Diamante: red 3D sp3; Grafito: láminas sp2 con electrones deslocalizados; Antracita: microcristalina, cercana al grafito, con impurezas mínimas.
- Dureza: Diamante muy duro; grafito muy blando; antracita dura pero quebradiza.
- Conductividad eléctrica: Diamante aislante; grafito conductor; antracita mala conductora.
- Usos: Diamante (abrasivos, corte, joyería); grafito (electrodos, lubricantes, lápices); antracita (combustible, filtros).
- Apariencia: Diamante incoloro/brillante; grafito negro mate; antracita negro brillante.
Conclusión: Las propiedades distintas se explican por su estructura: una red covalente 3D, capas con electrones π y un sólido carbonoso microcristalino.
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ACTIVIDADES
- Completo la siguiente tabla con las características y propiedades de los tres tipos de carbono: grafito, diamante y antracita. A continuación, describo sus semejanzas y diferencias:
| TIPOS DE CARBONO | CARACTERÍSTICAS | PROPIEDADES |
|---|---|---|
| Diamante | ||
| Grafito | ||
| Antracita |
Semejanzas
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Diferencias
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¿Sabías qué?
El carbono es un elemento importante en la vida, ya que forma parte de las moléculas orgánicas como proteínas, lípidos y ácidos nucleicos.