6. Carbono

El carbono es un elemento muy interesante. Es, además, fundamental para la vida. Es pasado, presente y futuro. Puede formar algo tan codiciado como los diamantes, tan nocivo como el dióxido de carbono (CO2) ó tan interesante como los nanotubos o el grafeno. Vamos a ver cómo puede ser eso.

Lo primero, sabemos que tiene 6 protones. Eso significa que tiene 6 electrones. Son muy comunes el carbono 12, 13 y 14, con 6, 7 y 8 neutrones respectivamente, siendo el más abundante (98´89%) el primero de ellos. (Se suele utilizar, para nombrarlos, la suma de los protones y los neutrones, así, el carbono con 8 neutrones se conoce como C-14). El carbono 14 es muy conocido porque se utiliza para la datación de, por ejemplo, fósiles. Lo vemos luego. Ahora me interesa que veamos su distribución electrónica, que, si has leído las entradas anteriores sobre el litio, el berilio o el boro, sabrás que es clave para determinar sus características.

Como el carbono tiene 6 electrones, se organizan estando 2 en la primera capa y 4 en la segunda y última. El número ideal sería 8 en la capa de Valencia y 4 electrones no es ni poco, ni mucho, ni sí, ni no, ni chicha, ni limoná… Es un elemento muy, pero que muy versátil. De hecho, ya lo he llamado en alguna otra ocasión el Julio Iglesias de los átomos… se junta con cualquiera y tiene muchos descendientes.  Tanto es así que existe una rama de la química, la química orgánica, que solamente se dedica a estudiar los compuestos que puede formar el carbono (millones). Porque, y esto puede llevar a confundir a más de uno, a los compuestos que forma el carbono se les llama compuestos orgánicos. Y tiene sentido, generalmente son grandes moléculas de cientos de átomos unidos en largas filas y que son fundamentales para crear la vida. Nosotros somos agua, en su mayor parte, y carbono, en segundo lugar. El carbono forma la estructura de los aminoácidos, que se unen para crear las proteínas. Se utiliza en muchos compuestos que nuestras células sintetizan para crear otros. Lo obtenemos de las plantas, en cuya fotosíntesis es absorbido de la atmósfera (en forma de CO2) y con él, crecen. (Quemando nosotros ahora las plantas lo que hacemos es volver a liberar ese carbono a la atmósfera).

Las vitaminas, también son principalmente carbono. 

El carbono es el cuarto elemento más numeroso del Universo. 3 átomos de helio en las estrellas se fusionan formando un átomo de carbono… de ahí que sea tan común.

Pero te he hablado de los diamantes, que no son tan comunes a pesar de que son ¡carbono puro! Los átomos de carbono se tienen que juntar de manera ordenada, de forma que cada uno se una a otros 4 átomos, compartiendo entre si un electrón y obteniendo, como resultado, todos ellos, 8 electrones en la última capa (Lo cual es una unión muy resistente).

Diamantes.

Pero el carbono puro no siempre se junta de esa manera tan especial. También puede juntarse de manera caótica y crear carbón (carbón mineral o vegetal, algo que se conoce desde siempre y, de hecho, la palabra carbono proviene de carbón) o juntarse de manera un poco menos caótica y crear grafito, como el de las minas de los lápices. 

¡Qué diferente es el carbono en su forma caótica y en su forma ordenada!

Por cierto, que quemando carbón vegetal, también liberamos carbono a la atmósfera, pero claro, a lo bestia. Es como cuando he dicho que lo liberábamos quemando plantas (madera) pero en ultra concentrado (el carbón vegetal fueron plantas que hace millones de años absorbieron CO2 y ahora lo estamos liberando en un corto espacio de tiempo).

Además de estas formas de unir átomos de carbono, el ser humano ha creado otras artificialmente: grafeno, fullereno o nanotubos de carbono. Por no hablar de los plásticos: polietireno, neopreno o kevlar (poliparafenileno tereftalamida), que provienen del petróleo, que también fueron plantas hace millones de años.  ¡La de sorpresas que nos darán todas estas tecnologías en el futuro!

Los nanotubos de carbono fueron descubiertos en Japón en 1991 y desde entonces se está investigando mucho acerca de sus propiedades, aplicaciones y fabricación. Son tubos formados por láminas de átomos de carbono unidos en una estructura hexagonal (grafeno). Mejor una imagen:

                         

Estos materiales tienen unas propiedades increíbles y poco a poco irán implementándose cada vez más en nuestras vidas (y la de nuestra descendencia). Son muy resistentes, muy buenos conductores y aislantes térmicos con interesantes aplicaciones en electrónica (multitud de amplio abanico), en fabricación de nuevos materiales, en química, en energía (de almacenamiento de hidrógeno, que quién sabe, quizás sea la fuente de energía del futuro) hasta fabricación de nuevas pilas basadas en esta tecnología.

Y que no se me olvide el C-14. Este isótopo es radiactivo. Normalmente pasa cuando a un átomo le metes más neutrones de los estrictamente necesarios. En algún momento, suelta un neutrón y ese neutrón es un tipo de radiación. En la atmósfera, el nitrógeno se convierte en C-14 por acción de los rayos cósmicos, que provocan que uno de sus protones se transforme en neutrón. Existe en la atmósfera una cantidad constante de C-14. Las plantas absorben esa misma proporción de C14 y todos los animales acaban teniendo esa misma proporción de carbono radiactivo en su interior. Si además, como todos los átomos radiactivos, el C-14 tiene un periodo de semidesintegración constante, podemos calcular cuando murió un mamut estudiando la cantidad de C-14 de sus huesos. El periodo de semidesintegración es el tiempo en el que la mitad de los átomos radiactivos dejan de serlo, siendo el del C-14 de unos 5730 años.