El Carboni

Col·laboració de Isabel Lozano per al capítol Vida artificial

El carboni és un element no metàl·lic en dues formes cristal·lines al·lotròpiques: diamant i grafit. El seu símbol és C i pertany al grup IV-b del sistema periòdic dels elements. El seu número atòmic és 6 i el seu pes atòmic 12, 01. S’han aïllat els isòtops naturals i estables del carboni, que tenen de número màssic 12 i 13 respectivament; és més abundant el 12, que constitueix el 98,99% de tot el carboni. El carboni forma al voltant del 0,03% de l’escorça terrestre, es composa fonamentalment de molts combustibles, teixits, colorants, explosius i la base fonamental de la matèria viva. El carboni en forma de diamant existeix en certes localitats; els jaciments més rics són els de l’antic Congo Belga, seguits en importància pels d’Àfrica del Sud i Brasil. El grafit es distribueix més generosament i forma grans jaciments a Ceilan, Sibèria, Estats Units, Canadà i Txecoslovàquia; també n’hi ha a Marbella (Màlaga). Carbó mineral, COQUE, carbó vegetal, negre de fum i carbó d’os són altres formes de carboni impur. En altre temps es considerava com amorf el carboni d’aquestes substàncies però els raigs X han demostrat que posseeix una estructura microcristal·lina similar a la del grafit.

PREPARACIÓ

Tot i que existeix grafit a la natura, s’ha de preparar industrialment amb l’objecte de fer front a la gran demanda. Es fabrica en gran escala per el mètode d’Acheson, que consisteix en escalfar un material carbonós, com el xoc de petroli, a temperatura elevada al forn elèctric mentre se la protegeix de l’atmosfera mitjançant la capa de sorra i carbó de pedra; el material ja transformat en grafit s’anomena electrografit. La preparació del diamant, l’altra forma al·lotròpica del carboni, presenta més dificultats. Al 1893 el químic francès HENRI MOISSAN va informar que havia preparat diamants sintètics, però els seus resultats no van poder confirmar-se amb els raigs X. Moissan dissolia carboni en ferro fos i submergia després aquesta solució en un bany d’aigua freda; al refredar-se i contraure’s el ferro, produïa una enorme pressió al seu nucli, condició suficient per a canviar l’estructura grafítica en una altra aparentment similar a la del diamant. Les minúscules partícules diamantines quedaven com residu insoluble després del tractament pels àcids, però eren massa petites per a assolir algun valor industrial o com a gemmes. Al 1955 la General Electric Company va anunciar la fabricació de diamants de qualitat industrial mitjançant l’aplicació de calor i grans pressions sobre cert material carbonós.

PROPIETATS

El carboni és inodor, insípid i insoluble en tots els dissolvents ordinaris; es dissol una mica en certs materials fosos, per exemple el ferro. En forma de diamant és generalment incolor, transparent i té una densitat de 3,52: tot i així, els diamants poden ser també vermells, blaus, verds o grocs i, a més, translúcids o opacs. El seu índex de refracció és molt alt (2, 417). Al vidre del diamant cada àtom de carboni s’uneix a altres quatre, situats als vèrtex d’un tetraedre regular. L’enllaç carboni-carboni és covalent i suposa compartir mútuament diversos electrons. Com a enllaç químic d’aquest tipus és fort, el cristall del diamant es considera com una sola molècula gran. La duresa del material i el seu elevat punt de fusió, més de 3500ºC, es poden atribuir a les unions tan sòlides de la seva xarxa cristal·lina. El cristall del diamant es considera com no conductor de la electricitat i és transparent als raigs X, el que el distingeix fàcilment de les seves imitacions. Escalfant-lo a temperatures compreses entre 1700 i 1900ºC, es transforma fàcilment en grafit. En la seva forma al·lotròpica de grafit se’l coneix com a plumbagina i és un sòlid tou, negre, bon conductor de la calor i de la electricitat. Químicament, el carboni és quasi inert a temperatura ordinària.

Els àtoms de carboni posseeixen la propietat de poder enllaçar-se entre ells per a formar molècules de cadena oberta o tancada. Aquesta propietat explica que s’hagin descrit més de 350000 compostos que contenen carboni i justifica l’existència d’una branca separada de la química dedicada al seu estudi, la química orgànica.

QUÍMICA ORGÀNICA

Antigament aquest nom designava a la part de la química dedicada a l’estudi dels productes d’origen animal o vegetal, en contraposició al de química inorgànica, l’objecte de la qual eren els productes de naturalesa mineral.

Modernament s’entén com a química orgànica aquella part de la química que estudia els compostos de carboni, excepte els seus òxids, els carbonats, els cianurs i alguns altres de caràcter més aviat inorgànic. Es coneixent centenars de milers de compostos orgànics i el seu número creix de dia en dia. Aquesta abundància es deu en part a la capacitat del carboni per a combinar-se amb sí mateix per a formar cadenes.

Els principals compostos de carboni són els hidrocarburs, els alcohols i els aldehids, les cetones, els àcids, les amines i les amides, els èters, els hidrats de carboni, els aminoàcids o els composts cíclics.

Col·laboració de Isabel Lozano per al capítol Vida artificial