¿Qué son los alótropos de carbono?

El carbono, debido a sus propiedades de unión química únicas, tiene los alótropos más estables de cualquier elemento. Algunos alótropos de carbono, como el grafito y el diamante, ocurren naturalmente; otros, como los nanotubos, deben fabricarse en el laboratorio. La abundancia y versatilidad del carbono lo convierten en uno de los materiales más estudiados en la investigación en nanotecnología, y sus alótropos tienen una amplia gama de propiedades útiles, como alta resistencia a la tracción y altos puntos de fusión.

El carbono amorfo y el grafito son los dos alótropos más comunes, y constituyen la mayoría de los compuestos de carbono natural como el carbón y el hollín. El carbono amorfo no tiene una estructura cristalina particular, como la mayoría de los vidrios. Los átomos de carbono en el grafito están dispuestos en capas; cada capa tiene fuertes lazos que la mantienen unida, pero las capas no se unen fuertemente y se pueden frotar fácilmente entre sí. El grafito pirolítico puro, donde todas las capas están dispuestas en el mismo plano, es un material extremadamente fuerte y resistente al calor que se utiliza en entornos de alta tensión y alta temperatura. El grafito conduce la electricidad y puede usarse como moderador para reactores nucleares.

El diamante, el otro alótropo de carbono natural, tiene una estructura cristalina rígida y entrelazada. El diamante es una de las sustancias más duras conocidas y se utiliza en la industria para moler y cortar materiales. La transparencia y durabilidad del diamante lo hacen muy apreciado como una piedra preciosa, y el negocio de la joyería ha convertido la minería de diamantes en una industria multimillonaria. El diamante se puede fabricar sintéticamente a partir de otros alótropos, pero requiere temperaturas y presiones extremadamente altas para formarse.

Otros alótropos más exóticos incluyen buckyballs, nanotubos y nanofoam de carbono. Estos ocurren naturalmente en el hollín y se han encontrado en al menos una nebulosa planetaria, aunque también se pueden crear sintéticamente. Las buckyballs son redes cerradas en forma de bola de átomos de carbono, que forman pentágonos y hexágonos entrelazados. Los nanotubos de carbono comparten la misma estructura que el grafito, pero en lugar de tener una pila de capas, un nanotubo se enrolla y se une consigo mismo, formando un cilindro largo. Los nanotubos de carbono tienen una resistencia a la tracción muy alta, lo que los hace atractivos como nuevos materiales de construcción, aunque no son tan fuertes bajo compresión.