Respuestas
Los elementos pueden existir en diversas formas, o alótropos, dependiendo de las condiciones y modos en que se han formado. Así se conocen más de 40 formas de carbono muchas de las cuales son amorfas y no cristalinas.
Por ejemplo, el coque es el residuo sólido que se obtiene después de separar los componentes volátiles del petróleo crudo o del carbón. La combustión incompleta de los compuestos orgánicos produce hollín. El negro de carbón es un importante producto comercial, que resulta de calentar los hidrocarburos a temperaturas cercanas a 1000ºC en ausencia de aire, y que tiene múltiples aplicaciones, entre ellas como tinta de impresión. El carbón activo es altamente poroso y posee la propiedad de absorber trazas de sustancias orgánicas del aire (filtros de aire, máscaras de gas) y del agua (filtros de agua). Probablemente las formas cristalinas más conocidas del carbono son el grafito y el diamante.
El grafito, el alótropo de carbón más estable, esta formado por un extenso sistema políciclico de anillos bencénicos fusionados que se disponen en capas, separadas entre sí 3,35 A. El carácter completamente deslocalizado de estas láminas, formadas únicamente por la unión de carbonos sp2, es el origen del color negro y de la conductividad del grafito. Además, como estas láminas pueden desplazarse lateralmente, el grafito tiene propiedades lubricantes. También se emplea en las minas de los lápices.
En el diamante, los átomos de carbono, todos ellos con hibridación sp3, forman una red entrecruzada de ciclohexanos en conformación silla. Debido a ello el diamante es incoloro, aislante, y el más denso y duro de los materiales conocidos. Es menos estable que el grafito, en 0,45 kcal/g De átomo de C. Se transforma en grafito a altas temperaturas o cuando se somete a una radiación de energía elevada, propiedad que, es poco apreciada en joyería.
En 1985, Curl, Kroto y Smalley efectuaron un sorprendente descubrimiento, que les valió el premio Nobel de Química en 1996: el buckminsterfullereno , de forma molecular C60, una nueva forma alótropica de carbono, de estructura semejante a un balón de fútbol. Concretamente, observaron que la evaporación del grafito por acción del láser originaba diversos agregados de carbono en fase de vapor, entre los que abundaban especies de 60 átomos. La estructura que mejor explica este agregado y que respeta la tetravalencia del carbono es la que forman 20 anillos de benceno fusionados, combándose sobre sí mismos hasta adoptar una disposición esférica y con las valencias sobrantes definiendo 12 pentágonos: una especie de icosaedro truncado de 60 vértices equivalentes.
Fullereno C60
La molécula fue bautizada como buckminsterfullereno, en honor a Buckminster Fuller, ya que su forma recuerda las bóvedas geodésicas que él diseñaba. Es una molécula soluble en disolventes orgánicos, lo cual fue de gran ayuda en la determinación de la estructura y de sus propiedades químicas. Por ejemplo, el espectro de RMN de 13C da la única señal a 142,7 ppm que demuestra que es una molécula únicamente formada por carbonos sp2. Debido a la curvatura, los anillos de benceno que forman el C60 están tensionados y poseen una energía de 10,16 kcal/g de átomo de C con respecto al grafito. Esta tensión estructural se manifiesta en la variada reactividad de la molécula, que incluye reacciones de adicción electrófila, nucleófila, radicalaria y concertadas.