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El carbono
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¿Verdadero o falso? La capa externa de electrones de un átomo de carbono contiene dos electrones.
Diamantes. Carbón vegetal. Plástico. Petróleo. Un humano. ¿Qué tienen todos ellos en común?
Todos están basados en el carbono. Sin contar el agua de nuestros cuerpos, dos tercios de nuestro peso proceden de átomos de carbono. Y si miras a tu alrededor… descubrirás que el carbono es la base de innumerables sustancias. ¿Qué tiene de especial el carbono? Empezaremos, como solemos hacer en química, observando los átomos. Un átomo de carbono tiene seis electrones.
Cuatro de ellos se encuentran en la capa externa del electrón. Para un átomo, siempre es deseable tener ocho electrones en la capa externa. El carbono quiere obtener cuatro electrones más de otros átomos. Es como si el carbono tuviera cuatro brazos, que son capaces de sujetarse a otros átomos. Cuatro enlaces posibles son más de lo que tienen los otros elementos comunes en la naturaleza.
Esto hace que el carbono sea versátil: puede formar millones de compuestos distintos. Por sí solo, el carbono existe en varias formas, como el diamante. Un diamante consta íntegramente de átomos de carbono. Cada átomo de carbono está unido a otros cuatro átomos de carbono. Todos los átomos se sujetan entre sí.
Esto convierte al diamante en un material muy fuerte y duro; el más fuerte en la naturaleza. Todos los electrones externos están encerrados en enlaces químicos. Ningún electrón es libre para moverse. El diamante no conduce electricidad. Pero los átomos de carbono no siempre se fijan tanto en todas las direcciones.
Esto es grafito. También es una forma de carbono puro. Aquí los átomos de carbono forman capas, cada una con una forma hexagonal, como en un panal. Cada átomo de carbono se une sólo a otros tres átomos de carbono, dejando un electrón de cada átomo libre para moverse: el grafito conduce la electricidad. Cada capa atómica tiene enlaces fuertes dentro de ella, pero las diferentes capas se mantienen unidas por fuerzas de atracción débiles.
Se deslizan fácilmente entre sí, lo que hace que el grafito sea un material blando y maleable. El grafito mezclado con arcilla es el material utilizado en los lápices. Cuando escribes con un lápiz, lo que escribes está formado por capas de grafito que se esparcen en el papel. Si pudieras despegar una sola capa de grafito, obtendrías una hoja de grafeno. Sólo tiene una capa atómica de grosor, lo que significa que es muy ligero; pero también muy fuerte.
El grafeno podría usarse en el futuro en pantallas táctiles o como material de construcción. Existe una forma más de carbono puro. Tiene moléculas de unos sesenta átomos de carbono en forma de balón. Estas moléculas redondas se conocen como fullerenos. Se pueden encontrar en partículas de hollín, como por ejemplo en las velas.
El diamante, el grafito, el grafeno y el fullereno son todos formas puras de carbono. Lo que hace especial al carbono es la capacidad de crear distintos compuestos: millones de ellos. Lo que posibilita tantas combinaciones es el elevado número de enlaces posibles para cada átomo: cuatro.