Versión en español
El carbono (símbolo químico C) es un compuesto muy polivalente, el más polivalente conocido hasta la fecha, con unas 500 variedades alotrópicas. Este no metal, de número atómico 6, es poco frecuente en la corteza terrestre y es el compuesto que más elementos forma, siendo la base de la química orgánica. Entre sus variantes alotrópicas se encuentra el grafito, muy usado en la fabricación de lápices para la escritura y que es bien conocido por su fragilidad, por otro lado tenemos al diamante, un recurso muy valioso y que posee una elevada dureza.
Y, si te preguntas, cómo el carbono puede pasar de una variante muy frágil a una mucho más dura, sigue leyendo, en este post abarcaré esta problemática, pero antes es necesario que conozcas:
¿Qué son las variedades alotrópicas del carbono?
Los átomos de carbono pueden tomar muchas variantes físicas, lo conocido como alotropía del carbono. La alotropía es un fenómeno que afecta a un gran número de metales y no metales. Ocurre cuando diferentes variedades de un elemento dado están presentes en el mismo estado físico y tienen diferentes propiedades químicas y físicas. Pueden tener una estructura cristalina o molecular y difieren en el número de átomos en la molécula. Las variantes más conocidas son las ya mencionadas, el grafito y el diamante.
Grafito
El grafito es un mineral polimórfico, que se divide en 2 estructuras: hexagonal y trigonal. Se puede encontrar de forma natural en la superficie terrestre como también se puede producir de manera artificial tratando a elevadas temperaturas compuestos con carbono en su composición, siendo China la principal productora. Las partículas de grafito tienen propiedades lubricantes y son resistentes a ácidos y bases. El grafito no se disuelve en agua y, lo que es más importante, no libera compuestos tóxicos que puedan causar contaminación ambiental. Tiene múltiples usos industriales y domésticos, por lo que es un material muy utilizado en la sociedad moderna.
Pero ¿cómo se puede pasar de un compuesto tan frágil a uno tan duro como el diamante?
Diamante
Como bien ya he mencionado, el diamante es el material más duro que se conoce con una dureza de 10 en la escala de Mohs (el grafito tiene una dureza de 1 en la escala de Mohs junto al talco), pertenece a la familia de las gemas y se puede encontrar de colores como negro, el azul, verde, amarillo, rosa, naranja, marrón o rojo. Curiosamente, el más popular es el incoloro.
La mayor parte de los yacimientos se encuentran en África, los diamantes se forman a una alta presión y temperatura en zonas muy profundas. Por esta razón, las pipas volcánicas son los yacimientos más adecuados. Incluso, las piedras volcánicas como la kimberlita y la lamproíta suelen contenerlos en su estructura. La principal razón de la diferencia entre las propiedades de ambos compuestos tiene que ver con sus estructuras cristalinas. El grafito consiste en capas planas de átomos de carbono dispuestos en forma de hexágonos, mientras que el diamante está compuesto por una red tridimensional de átomos de carbono enlazados entre sí. En el grafito, los átomos de carbono están unidos débilmente, lo que permite que los electrones se muevan libremente a lo largo de las capas. En cambio, en el diamante, los átomos de carbono están unidos fuertemente, lo que impide el movimiento de los electrones, por ello el grafito conduce la electricidad y el diamante es un aislante eléctrico.
En el diamante, cada átomo de carbono está enlazado con otros cuatro átomos de carbono, formando una red tridimensional extremadamente resistente. En cambio, en el grafito, los átomos de carbono están unidos en capas, pero estas capas se deslizan fácilmente unas sobre otras, lo que le confiere su característica suavidad, haciendo del diamante un compuesto mucho más resistente.
English version
Carbon (chemical symbol C) is a very versatile compound, the most versatile known to date, with some 500 allotropic varieties. This nonmetal, with atomic number 6, is rare in the earth's crust and is the compound that forms the most elements, being the basis of organic chemistry. Among its allotropic variants is graphite, widely used in the manufacture of pencils for writing and which is well known for its fragility, on the other hand we have diamond, a very valuable resource and has a high hardness.
And if you wonder how carbon can go from a very fragile variant to a much harder one, read on, in this post I will cover this issue, but first you need to know:
What are the allotropic varieties of carbon?
Carbon atoms can take on many physical variants, known as carbon allotropy. Allotropy is a phenomenon that affects a large number of metals and nonmetals. It occurs when different varieties of a given element are present in the same physical state and have different chemical and physical properties. They may have a crystalline or molecular structure and differ in the number of atoms in the molecule. The best known variants are the aforementioned graphite and diamond.
Graphite
Graphite is a polymorphic mineral, which is divided into 2 structures: hexagonal and trigonal. It can be found naturally on the earth's surface and can also be produced artificially by treating compounds with carbon in their composition at high temperatures, China being the main producer. Graphite particles have lubricating properties and are resistant to acids and bases. Graphite does not dissolve in water and, most importantly, does not release toxic compounds that can cause environmental pollution. It has multiple industrial and domestic uses, making it a widely used material in modern society
But how does one go from such a brittle compound to one as hard as diamond?
Diamond
As I have already mentioned, the diamond is the hardest material known with a hardness of 10 on the Mohs scale (graphite has a hardness of 1 on the Mohs scale next to talc), it belongs to the family of gems and can be found in colors such as black, blue, green, yellow, pink, orange, brown or red. Curiously, the most popular is the colorless one.
Most of the deposits are located in Africa, diamonds are formed at high pressure and temperature in very deep zones. For this reason, volcanic pipes are the most suitable deposits. Even volcanic rocks such as kimberlite and lamproite often contain them in their structure. The main reason for the difference between the properties of the two compounds has to do with their crystal structures. Graphite consists of flat layers of carbon atoms arranged in the form of hexagons, whereas diamond is composed of a three-dimensional network of carbon atoms bonded together. In graphite, the carbon atoms are weakly bonded, allowing electrons to move freely along the layers. In contrast, in diamond, the carbon atoms are strongly bonded, which prevents the movement of electrons, which is why graphite conducts electricity and diamond is an electrical insulator.
In diamond, each carbon atom is bonded to four other carbon atoms, forming an extremely strong three-dimensional network. In graphite, on the other hand, the carbon atoms are bonded in layers, but these layers slide easily over one another, which gives it its characteristic smoothness, making diamond a much stronger compound.
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