Carbono

Te explicamos qué es el carbono y cuáles son sus características principales. Además, sus aplicaciones y qué es el ciclo del carbono.

¿Qué es el carbono?

El carbono es uno de los elementos más importantes de la tabla periódica, al menos en cuanto a su abundancia y su necesidad para la vida orgánica se refiere. Se conocen más de 16 millones de sustancias que contienen carbono, incluidos muchos compuestos indispensables para los seres vivos. Este elemento forma el 0.2 % de la corteza terrestre.

El carbono existe en numerosas formas, dependiendo de las condiciones ambientales en que se lo encuentre, y constituye uno de los elementos con más usos humanos y mayor presencia en la sociedad. De hecho, nuestro cuerpo exhala dióxido de carbono (CO₂) como producto de la respiración, y se lo encuentra como monóxido de carbono (CO) en los gases que libera el escape de los motores a combustión.

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Características del carbono

• El carbono en la tabla periódica se encuentra entre los carbonoideos, con número atómico 6, masa atómica 12,01 y se le representa con el símbolo C.
• Es un elemento no metálico y es un buen conductor de la electricidad cuando se encuentra en forma de grafito.
• En términos generales, el carbono no es una sustancia de alta toxicidad. En la mayoría de sus formas físicas es seguro para el manejo del hombre. Sin embargo, muchos de los compuestos orgánicos e inorgánicos a base de carbono pueden ser tóxicos e incluso letales para el ser humano. Los hidrocarburos, por ejemplo, pueden tener un efecto devastador en el aparato respiratorio, tanto como el carbón (son numerosos los casos de deterioro de la salud en obreros de minas de carbón y en obreros de estaciones de explotación de hidrocarburos).
• El dióxido y monóxido de carbono (CO₂ y CO) son sustancias letales si se las inhala en grandes dosis, pues impiden la correcta oxigenación del organismo. El isótopo carbono-14, al ser radiactivo, representa un riesgo de contaminación en alguna medida. El cianuro (CN^-), uno de los venenos más letales y populares, se forma con átomos de carbono y nitrógeno.
• Es posible hallar trazas de carbono y de hidrocarburos en planetas distantes, como los gigantes gaseosos del Sistema Solar, sin que ello apunte a ningún tipo de constitución de vida orgánica, que sepamos.

Formas del carbono (halótropos)

Si bien a temperatura ambiente el carbono es sólido, cuando forma grafito puede sublimarse al pasar los 3600 °C de temperatura y pasar a estado gaseoso. En la naturaleza, sin embargo, se presenta en seis formas distintas o alótropos (propiedad de presentar distintas estructuras moleculares o atómicas):

• Carbono amorfo. Como el hollín o la mayoría de los carbones, el elemento puro aparece sin una estructura determinada.
• Grafito. Negro, opaco y blando, el grafito tiene la propiedad de manchar, por lo que se usa como relleno de los lápices de madera.
• Diamante. El diamante y el grafito contienen los mismos átomos de carbono pero en una estructura distinta, así que tienen propiedades también diferentes. El diamante es una piedra preciosa transparente y tremendamente dura.
• Fulerenos. Descubiertos a mediados de los años 80, se trata de 60 átomos de carbono estructurados ya no hexagonalmente, como acostumbra, sino heptagonal o pentagonalmente. Eso le confiere apariencia esférica, como un balón de fútbol.
• Nanotubos. Uno de los primeros productos de la industria nanotecnológica, no es más que láminas de grafito enrolladas cilíndricamente y rematadas en sus extremos por hemiesferas de carbono.
• Carbinos. Uno de los productos industriales más potentes de las últimas décadas, consiste en un átomo de carbono hecho univalente y eléctricamente neutro, que es la sustancia más resistente jamás conocida.
  

Compuestos químicos con carbono

Compuestos orgánicos basados en carbono

Numerosas sustancias esenciales para la vida tienen al carbono como base. Los ácidos grasos (fabricados a partir de combinatorias de carbono, oxígeno e hidrógeno), los ésteres presentes en las frutas, la mayoría de aminoácidos, enzimas y proteínas que sostienen la vida, el benceno, los carbohidratos que nos dan energía, todo a partir de combinaciones del carbono.

La química del carbono es conocida como la química de la vida, ya que los seres vivos conocidos hasta la fecha tienen como base estructuras moleculares fundamentadas en el carbono. El CO₂ es indispensable para la fotosíntesis, por ejemplo.

Compuestos inorgánicos basados en carbono

En su altísima capacidad de combinación, el carbono se encuentra también en numerosas sustancias inorgánicas. Los carbonatos (calcitas (CaCO₃)), numerosas sales y ácidos (ácido carbónico (H₂CO₃)), o formas metálicas como los carburos y acetiluros (carburo de calcio (CaC₂)), ambos de sobrada acidez, son formas de compuesto inorgánico a partir del carbono.

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Hidrocarburos

Los hidrocarburos son sustancias compuestas a partir de átomos de hidrógeno y carbono. Estas sustancias están vinculadas con la vida (sobre todo, como combustibles fósiles), aunque pueden existir en planetas que jamás la han albergado. El petróleo y sus derivados, los gases naturales, el metano, son hidrocarburos de altísimo rendimiento industrial dado su carácter inflamable.

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Extracción de carbono

Dado que el carbono es tan numeroso en nuestro planeta, suele abundar en regiones subterráneas donde la presión y la temperatura le permiten reacomodarse en diversas estructuras. Así, hay minas de carbón, pero también de grafito y de diamantes.

China, EE.UU y la Unión Europea son los tres más grandes explotadores de carbón del planeta, si bien está abundantemente repartido a los largo de 100 países que lo extraen. En cambio, los hidrocarburos fósiles, mucho más codiciados, se encuentran en grandes depósitos en el Medio Oriente, Rusia, Alaska, México y Venezuela, principalmente.

La explotación de diamantes está concentrada mayoritariamente en el sur africano y en Sudamérica, si bien existen otras minas de menor escala en Norteamérica y el Sur asiático. La explotación africana ha sido muy controvertida, por sus costos humanos y políticos en la población local.

Aplicaciones industriales del carbono

La extracción del carbono en sus diversas formas es una actividad común en la economía humana, que moviliza verdaderas masas en torno a su extracción del subsuelo (carbón, grafito e hidrocarburos) y su posterior refinación y aprovechamiento.

Los hidrocarburos, sobre todo, forman parte indispensable del engranaje industrial moderno ya que son combustibles de alto rendimiento para todo tipo de transportes gracias a que el petróleo permite una amplia gama de derivados aprovechables como el plástico o el nylon. Lo mismo ocurre con la industria de los lubricantes automotores.

El carbón, en cambio, se emplea mayormente como combustible para generar electricidad, aunque sus efectos contaminantes son temidos y comprobados. También se usa como material combustible de uso doméstico.

El grafito es esencial para la industria del lápiz y las varillas de protección de los reactores atómicos. Los diamantes, paradójicamente, se cotizan como objetos decorativos o en la fabricación de bisturíes y herramientas que aprovechan su dureza.

Por último, el isótopo radiactivo Carbono-14 se emplea en numerosas investigaciones científicas y arqueológicas, como un marcador de la edad de los restos orgánicos.

Ciclo del carbono

Se conoce como ciclo del carbono a la retroalimentación existente entre los organismos vegetales, animales y descomponedores. La respiración animal y la descomposición de ciertos hongos liberan cantidades de CO₂ a la atmósfera.

Este CO₂ es aprovechado, junto con agua y luz solar, por la fotosíntesis de las plantas, cuyo producto inmediato es el oxígeno y nueva materia orgánica (frutos, hojas, cortezas, animales muertos) que luego se descompone. Y el ciclo empieza de nuevo, sosteniendo la vida en su girar.

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Referencias:

• "Carbon: the essentials" en WebElements.
• Química Orgánica. John McMurry. CENGAGE Learning. ISBN 9706868232, 9789706868237
• "Carbono" en Wikipedia.