Familia del Carbono

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FAMILIA DEL CARBONO

     -Emilio, ¿qué me puedes decir del carbono?

-De todos los elementos el carbono debe ser considerado como el más importante para nosotros ya que gracias a sus inusuales y únicas propiedades la vida en la Tierra es posible. De hecho, el carbono es la única base concebible para que haya vida en cualquier lugar del Universo.

-El carbono constituye un equilibrio continuo por la circulación del carbono entre el reino animal, vegetal y mineral, haciendo posible la existencia de todo ser vivo.

-El número atómico nos dice el número de electrones que circulan en torno al núcleo del átomo. El carbono tiene 6 electrones divididos en 2 órbitas: 2 electrónes en la órbita interna y 4 en la externa.

-De acuerdo con la Tablal Periódica el carbono no se encuentra solo. Es el cabeza de la familia del carbono, formada por 5 elementos: 

• carbono; 

• silicio; 

• germanio; 

• estaño y  

• plomo.

-Dentro de una familia, las similaridades químicas son mayores entre los elementos adyacentes. Esto significa que el elemento más similar al carbono, en propiedades químicas, es el silicio.

-El silicio tiene el número atómico 14, por lo tanto, tiene un peso atómico de 28, que en comparación con el del carbono, que es 12, es 2 1/3 veces más masivo que el átomo de carbono. El silicio cuenta con 14 electrones divididos en 3 orbitas: 2 en la más interna, 8 en la intermedia y finalmente r en la última.

-Como puedes ver, Marcela, el carbono y el silicio cuentan con 4 electrones en la órbita más alejada de sus respectivos núcleos. Se puede describir al carbono como (2/4) y al silicio como (2/8/4) en términos del contenido electrónico de sus átomos.

-El germanio tiene un número atómico de 32, el estaño cuenta con el número atómico 50 y el plomo cuenta con el número atómico 82.

-Cuando un átomo de carbono choca con otro átomos de cualquier otro elemento, los 4 electrones de su última órbita interactuan con los electrones del otro átomo de una u otra manera. 

-A esta interacción que se produce se le llama cambio químico. Cuando un átomo de silicio choca, de nuevo con los 4 electrones de su última órbita interactúan.

-Los 4 electrones de carbono y los 4 electrones de silicio se comportan de manera similar, por esta razón, las propiedades químicas de ambos elementos son también similares.

-El silicio es un elemento extremadamente común. Después del oxígeno, que forma el 46.6%, el silicio es el más abundante en la corteza terrestre. El porcentaje de la masa de la corteza terrestre formada de silicio es 25.7%.

-¿Es posible encontrar silicio puro?

-No, no es posible encontrar piezas de silicio ya que no se encuentra en la Tierra en su forma elemental. En la corteza terrestre se le encuentra únicamente combinado con otros elementos, por lo tanto existe solo como compuesto.

-En la atmósfera existen grandes cantidades de oxígeno puro, la única razón de que sea así se debe a la actividad de la flora que lo libera como efecto colateral de la fotosíntesis.

-¿Qué diferencia existe entre el carbono y el silicio?

-Existen algunas diferencias entre el carbono y el silicio. En primer lugar el carbono no es tan común como el silicio en la corteza terrestre. Por cada 370 átomos de silicio existe uno solo de carbono. eso, sin embargo, todavía permite que el carbono sea un elemento abundante en la corteza terrestre. 

-Por lo general, en todo el Universo, los átomos pequeños son más comunes que los átomos mayores.

-Los átomos de carbono son más pequeños que los átomos de silicio, o sea que hay más átomos de carbono que de silicio.

-Los astrónomos estiman que exiten 7 átomos de carbono por cada dos átomos de silicio.

-El carbono, así como el silicio, usualmente se encuentran combinados con otros átomos, especialmente con el oxígeno pero a diferencia del silicio, grandes cantidades de carbono se encuentran en su forma elemental, trozos de material contienen gran cantidad de átomos de carbono. La hulla, por ejemplo, cuenta con gran cantidad de carbono puro.

-¿Qué porcentaje de carbono tiene la hulla?

-La hulla cuenta de 85 a 95% de átomos de carbono. La hulla se origina de la fosilización de la materia viva. Es el producto de la vida. Si el carbono no tuviera las propiedades que le permiten servir como base para la vida, no ocurriría que existiera en estado libre en la corteza terrestre.

-Si en la Tierra no hubiera vida no existirían átomos de carbono libres ni tampoco habría átomos de oxígeno libres.

-¿Quién logró la obtención de silicio puro?

-Aunque la Naturaleza no ha sido suficientemente gentil para darnos silicio puro, los químicos han aprendido a obtenerlo. Esta proesa la lograron, en 1809, dos químicos franceses, Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850) y Louis Jacques Thénard (1777-1857).

-Sin embargo, no fue sino hasta 1824, que un químico sueco Jöns Jakob Berzelius (1779-1848) pudo obtener silicio razonablemente puro, mediante un método diferente al de los dos franceses. A ese sueco se le ha dado el crédito del descubrimiento del silcio pues en su reporte dió a conocer las propiedades del elemento. 

-El silicio tiene algunas propiedades que son muy similares a las de los metales, sin embargo, cuenta con otras que lo hacen un “semimetal”. 

-El carbono, en forma de grafito, también cuenta con propiedades metálicas, ya que conduce moderadamente la corriente eléctrica

-¿Y qué me cuentas de los diamantes?

-El carbono en forma de diamante es particularmente duro. 

-Existe una substancia llamada carborundum, formada por igual número de átomos de carbono y silicio. No tiene la transparencia, belleza del diamante, pero es más barato, auque no tan duro como el diamante.

-Los átomos de silicio y carbono son químicamente similares gracias al hecho de que ambos tienen 4 electrones en su última órbita, pero no son idénticos. El átomo de silicio tiene 3 órbitas electrónicas en cambió el carbono tiene sólo 2. Esto significa que la distancia desde la órbita exterior del átomo de silicio a su núcleo es mayor que en el caso del átomo de carbono.

-Los electrones contienen una carga eléctrica negativa y se mantienen en su lugar por la atracción de la carga positiva del núcleo del átomo. Esta fuerza de atracción disminuye con la distancia y por lo tanto es más débil en el átomo de silicio que en el átomo de carbono que es más pequeño.

-Además, entre los electrones de la última órbita y el núcleo del átomo de silicio hay 10 electrones de las 2 órbitas internas. En el caso del carbono, intervienen únicamente 2 electrones de la única órbita interna. Cada electrón interno, cargado negativamente, tiende a neutralizar la carga positiva del núcleo debilitando la fuerza de retención de los electrones más alejados.

-Mientras más firmemente dos electrones sean sujetos por sus respectivos núcleos de sus dos átomos, más fuerte será liga silicio-silicio. La liga carbon-silicio corresponde a una fuerza intermedia.

-¡Hace un momento mencionaste al carborundum! ¿que me puedes platicar de él?

-En 1891, el inventor estadounidense Edward Goodrich Acheson (1856-1931) descubrió el carborundum. Encontró esta substancia al calentar carbono con arcilla.

-Acheson pensaba que la substancia era carbono combinado con alundum, un comopuesto de aluminio y oxígeno, elementos que se encuentran en la arcilla.

-En realidad el carborundum es un compuesto de carbono y silicio pues el silicio también se encuentra en la arcilla

-En realidad el carbono no se derrite, o licua, sino que se sublima, es decir, pasa de sólido a vapor directamente, pero se podría decir que el punto de fusión es 3500°C, mientras que el del silicio, que si se licua, es de 1410°C. El carborundum, que lo mismo que el carbono se sublima, tiene un punto intermedio de fusión que es de 2700°C.

-¿Para qué sirve el carborundum?

-A pesar de que el carborundum no es tan duro como el diamante es muy útil como abrasivo ya que es suficientemente duro para gastarse, mediante fricción, sobre objetos más blandos y por ser muy barato pues se hace de carbono ordinario y arcilla.

-El carbono y el silicio son muy afines al oxígeno. Existen dos substancias: el bioxido de carbono (CO2) y el bioxido de silicio (SiO2) este último mejor conocido como cuarzo.

-¿Qué más me puedes decir del cuarzo?

-El cuarzo, cuando es suficientemente puro, es transparente, permite el paso de la luz con muy poca absorción. Los griegos llamaban al cuarzo “krystallos” que en su idioma significa “hielo” . Esta palabra se convirtiría en “cristallum” en latín y pasó al español como “cristal”.

-Se usa la palabra “cristal” a menudo para mostrar la evidencia de que algo es transparente, aunque no sea de cuarzo. A un diamante, a un rubí, a un opalo, a una esmeralda, se les denomina cristales.

-Sin embargo, el cuarzo no necesariamente es transparente, puede contener  impurezas. Si la impureza no es muy grande el cuarzo puede ser transparente pero puede tener algún color. El ejemplo más hermoso es la amatista que es una piedra de color púrpura.

-Debido a la acción de las olas del mar en las playas se forma la arena que no son más que pequeas piezas de cuarzo. El color de la arena depende de la pureza del cuarzo. El clualrzo puro produce arena blanca.

-El conocido color de arena, que a veces se dice “color arena”, es debido al conenidode impuresas de hierro en el cuarxo.

-El vidrio, en su conjunto, tan transparente como el cuarxo, pero el vidrio es más útil en la  mayoría de los casos ya que se hace de arena, que es más común que cristales intactos de cuarzo, y además mucho más barata que el cuarzo 

-Además, el vidriio se funde y a temperaturas más bajas que el cuarzo, de tal manera que es más fácilde trabajar con vidrio.

-El punto de fusión del cuarzo es mayor que el del silicio, pero menor que el del carborundum (1700°C).

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