Carbono
El carbono es único en la química porque forma un número de compuestos
mayor que la suma total de todos los otros elementos combinados.
Con
mucho, el grupo más grande de estos compuestos es el constituido por
carbono e hidrógeno. Se estima que se conoce un
mínimo de 1.000.000 de compuestos orgánicos y este número crece rápidamente
cada año. Aunque la clasificación no es rigurosa, el carbono forma
otra serie de compuestos considerados como inorgánicos, en un número
mucho menor al de los orgánicos.
El
carbono elemental existe en dos formas alotrópicas cristalinas bien
definidas: diamante y grafito. Otras formas con poca cristalinidad
son carbón vegetal, coque y negro de humo. El carbono químicamente
puro se prepara por descomposición térmica del azúcar (sacarosa) en
ausencia de aire. Las propiedades físicas y químicas del carbono dependen
de la estructura cristalina del elemento. La densidad fluctúa entre
2.25 g/cm³ (1.30 onzas/in³) para el grafito y 3.51 g/cm³ (2.03 onzas/in³)
para el diamante. El punto de fusión del grafito es de 3500ºC (6332ºF)
y el de ebullición extrapolado es de 4830ºC (8726ºF). El carbono elemental
es una sustancia inerte, insoluble en agua, ácidos y bases diluidos,
así como disolventes orgánicos. A temperaturas elevadas se combina
con el oxígeno para formar monóxido o dióxido de carbono. Con agentes
oxidantes calientes, como ácido nítrico y nitrato de potasio, se obtiene
ácido melítico C6(CO2H)6. De los
halógenos sólo el flúor reacciona con el carbono elemental. Un gran
número de metales se combinan con el elemento a temperaturas elevadas
para formar carburos.
Con
el oxígeno forma tres compuestos gaseosos: monóxido de carbono, CO,
dióxido de carbono, CO2, y subóxido de carbono, C3O2.
Los dos primeros son los más importantes desde el punto de vista industrial.
El carbono forma compuestos de fórmula general CX4 con
los halógenos, donde X es flúor, cloro, bromo o yodo. A temperatura
ambiente el tetrafluoruro de carbono es gas, el tetracloruro es un
líquido y los otros dos compuestos son sólidos. También se conocen
tetrahalogenuros de carbono mixtos. Quizá el más importante de ellos
es el diclorodifluorometano, CCl2F2 llamado
freón.
El
carbono y sus compuestos se encuentran distribuidos ampliamente en
la naturaleza. Se estima que el carbono constituye 0.032% de la corteza
terrestre. El carbono libre se encuentra en grandes depósitos como
hulla, forma amorfa del elemento con otros compuestos complejos de
carbono-hidrógeno-nitrógeno. El carbono cristalino puro se halla como
grafito y diamante.
Grandes
cantidades de carbono se encuentran en forma de compuestos. El carbono
está presente en la atmósfera en un 0.03% por volumen como dióxido
de carbono. Varios minerales, como caliza, dolomita, yeso y mármol,
tienen carbonatos. Todas las plantas y animales vivos están formados
de compuestos orgánicos complejos en donde el carbono está combinado
con hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y otros elementos. Los vestigios
de plantas y animales vivos forman depósitos: de petróleo, alfalto
y betún. Los depósitos de gas natural contienen compuestos formados
por carbono e hidrógeno.
El
elemento libre tiene muchos usos, que incluyen desde las aplicaciones
ornamentales del diamante en joyería hasta el pigmento de negro de
humo en llantas de automóvil y tintas de imprenta. Otra forma del
carbono, el grafito, se utiliza para crisoles de alta temperatura,
electrodos de celda seca y de arco de luz, como puntillas de lápiz
y como lubricante. El carbón vegetal, una forma amorfa del carbono,
se utiliza como absorbente de gases y agente decolorante.
Los
compuestos de carbono tienen muchos usos. El dióxido de carbono se
utiliza en la carbonatación de bebidas, en extintores de fuego y,
en estado sólido, como enfriador (hielo seco). El monóxido de carbono
se utiliza como agente reductor en muchos procesos metalúrgicos. El
tetracloruro de carbono y el disulfuro de carbono son disolventes
industriales importantes. El freón se utiliza en aparatos de refrigeración.
El carburo de calcio se emplea para preparar acetileno; es útil para
soldar y cortar metales, así como para preparar otros compuestos orgánicos.
Otros carburos metálicos tienen usos importantes como refractarios
y como cortadores de metal.
El carbono elemental es de una
toxicidad muy baja. Los datos presentados aquí de peligros para la
salud están basados en la exposición al negro de carbono, no carbono
elemental. La inhalación continuada de negro de carbón puede resultar
en daños temporales o permanentes a los pulmones y el corazón.
Se ha encontrado
pneumoconiosis en trabajadores relacionados con la producción de negro
de carbón. También se ha dado parte de afecciones cutáneas tales como
inflamación de los folículos pilosos, y lesiones de la mucosa bucal
debidos a la exposición cutánea.
Carcinogenicidad:
El negro de carbón ha sido incluído en la lista de la Agencia Internacional
de Investigación del Cáncer (AIIC) dentro del grupo 3 (agente
no clasificable con respecto a su carcinogenicidad en humanos).
El carbono-14 es uno de los radionucleidos involucrados en las pruebas
nucleares atmosféricas, que comenzó en 1945, con una prueba americana,
y terminó en 1980 con una prueba china. Se encuentra entre los radionucleidos
de larga vida que han producido y continuarán produciendo aumento
del riesgo de cáncer durante décadas y los siglos venideros.
También puede atravesar la placenta, ligarse orgánicamente con células
en desarrollo y de esta forma poner a los fetos en peligro.
No se tiene constancia de que el carbono tenga efectos negativos
sobre el medio ambiente.
Ciclo
del carbono.
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de referencias.
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periódica.
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