Un fragmento de grafito y un diamante parecen materiales muy diferentes. Sin embargo, los dos están formados por átomos de carbono. La pista para entender sus diferencias está en cómo se unen y se organizan esos átomos.
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Una C y seis protones
En la tabla periódica, el carbono se reconoce por el símbolo C y el número atómico 6. Ese número indica que cada átomo de carbono tiene seis protones, unas partículas con carga positiva que se encuentran en su núcleo.
Los seis protones definen su identidad como elemento. El 6 no indica su masa ni cuánto pesa un objeto que lo contenga. Una pieza grande de grafito y otra pequeña pueden tener masas diferentes y estar hechas del mismo elemento.
Si quieres mirar dentro de un átomo y conocer sus partículas, puedes continuar con Átomos y elementos: de qué está hecha la materia.
¿Por qué escribe un lápiz?
La parte oscura del lápiz se llama mina. En los lápices habituales está fabricada con una mezcla de grafito y arcilla. La proporción de esos materiales influye en su dureza y en la marca que deja sobre el papel.
En el grafito, los átomos de carbono se organizan en láminas, con dibujos de hexágonos que se repiten. Dentro de cada lámina están unidos con fuerza; entre las láminas, las uniones son mucho más débiles.
Al escribir, pueden desprenderse pequeñas escamas de grafito y quedar sobre el papel. La estructura del material ayuda a explicar una acción tan cotidiana como dibujar una línea.
El diamante: una red en tres dimensiones
En el diamante, los átomos de carbono forman una red que se extiende en las tres dimensiones. Esa organización es diferente de las láminas del grafito y ayuda a explicar su gran dureza.
La dureza describe la resistencia de un material a ser rayado. Es una propiedad distinta de la masa o la densidad. Por eso una sola característica no basta para describir cómo es un material.
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Para saber más: ¿cuántos vecinos tiene cada átomo? En una lámina de grafito, cada átomo de carbono está unido a tres vecinos. En el diamante se une a cuatro, distribuidos en el espacio como los vértices de un tetraedro alrededor del átomo central. Esa diferencia de organización cambia las propiedades del conjunto.
Grafito y diamante: dos formas del carbono
El grafito y el diamante son ejemplos de formas alotrópicas, o alótropos: formas estructurales diferentes de un mismo elemento. Para empezar, basta con recordar esta idea: conocer qué átomos forman un material y saber cómo están organizados nos aporta información diferente.
Puedes fijarte primero en su aspecto y, si te interesa profundizar, utilizar los modelos para buscar una explicación. Los dibujos permiten representar una estructura que nuestros ojos no distinguen directamente.
El carbono también forma parte de compuestos
Los átomos de carbono pueden unirse a átomos de otros elementos. Así forman compuestos, sustancias con una composición y unas propiedades propias.
Un ejemplo es el dióxido de carbono, CO₂: cada una de sus moléculas contiene un átomo de carbono unido a dos de oxígeno. El carbono sigue presente en ella, pero la sustancia es dióxido de carbono, no un trozo de grafito.
El carbono también forma parte de muchas moléculas de los seres vivos. Encontrarlo en un alimento o en un objeto no significa que allí haya una muestra de carbono puro: puede estar combinado con otros elementos.
La densidad necesita una referencia concreta
En la carta de carbono de KARTA3, la densidad indicada corresponde al grafito: 2 200 g/L. Es el valor de referencia de 2,2 g/cm³, expresado en otra unidad.
Esa cifra no es la masa de un lápiz ni un valor que podamos aplicar automáticamente al diamante. La forma del material importa, además de las condiciones de referencia. Cuando compares datos, busca siempre qué material describen y cómo se han obtenido.
Encontrarás la explicación de esta magnitud y de los otros atributos en Número atómico, densidad e ionización: qué nos cuentan los datos.
Una pregunta para seguir explorando
Si un fragmento de grafito y un diamante contienen carbono, ¿qué se mantiene y qué cambia entre ellos? Mantienen el tipo de átomo; cambian la organización de esos átomos y las propiedades del material.
Sigue explorando
- Localiza el carbono en la tabla periódica.
- Distingue átomos, elementos y compuestos.
- Descubre qué significan los números de las propiedades.
Fuentes para seguir descubriendo
- Royal Society of Chemistry: carbono, propiedades y aplicaciones.
- American Chemical Society: qué contiene la mina de un lápiz.
- Royal Society of Chemistry: grafito y fibras de carbono.
- The Open University: formas alotrópicas del carbono.
- The Open University: estructuras y propiedades del grafito y el diamante.