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El grafito se forma de forma natural en condiciones de alta presión y temperatura que se encuentran entre la corteza terrestre y el Manto. El grafito se encuentra de forma natural en China, México, Canadá, India y Sri Lanka, entre otros países.
- Este artículo trata sobre el grafito.
- Veremos su estructura y sus propiedades.
- A continuación, analizaremos los distintos tipos de grafito.
- Para terminar, veremos los usos del grafito.
Estructura del grafito
Para comprender la estructura de una molécula, primero tenemos que saber de qué elementos está compuesta. Y el grafito sólo está formado por carbono. Y ya está. La fórmula empírica del Grafito es ¿Te parece extraño? No lo es si comprendes que, de todos los elementos de la tabla periódica, el Carbono tiene la capacidad especial de formar grandes moléculas con largas cadenas de Carbono.
¿Sabías que el Grafito, el Carbón Vegetal y el Diamante son alótropos del Carbono? La fórmula empírica de los tres es simplemente . No son más que una gran molécula de carbono. La única diferencia entre ellos es la estructura molecular, es decir, la disposición fundamental de los átomos. En este artículo conocerás la estructura del Grafito. Para conocer la estructura del Diamante, dirígete a Diamante.
Los alótropos son diferentes formas estructurales en las que puede existir el mismo elemento.
El carbono tiene la configuración electrónica 1s2 2s2 2p2. En la2ª corteza del Carbono (la corteza de valencia), el Carbono tiene 4 electrones. Necesita 4 electrones más para completar su octeto y tener una configuración electrónica estable. Para ello, el carbono crea 4 enlaces covalentes . Al establecer 4 enlaces covalentes, el carbono comparte 4 de sus electrones con otros átomos y, a cambio, otros átomos comparten 4 electrones con el carbono.
La regla del Octeto del enlace químico establece que los elementos intentan establecer enlaces entre sí de modo que todos tengan 8 electr ones en su capa de valencia. Tener 8 electrones en la capa de valencia se considera una configuración electrónica estable.
Un enlace covalente es un enlace químico que se forma cuando los elementos comparten pares de electrones entre sí. Para saber más sobre los enlaces covalentes, visita Enlace covalente.
Fig. 1: Estructura del grafito | Flash Education
Fig. 2: Vista superior de una capa de grafito | Engineering Choice
En el grafito, cada átomo de carbono sólo establece 3 enlaces con otros átomos de carbono. Esto da lugar a la formación de anillos hexagonales de 6 átomos de carbono, y capas de dichos anillos. Debes estar pensando que si el carbono sólo establece 3 enlaces covalentes, debe tener un electrón libre no apareado. Si piensas eso, estás en lo cierto. Cada átomo de carbono tiene un electrón libre no apareado en la estructura. Estos electrones no apareados forman enlaces intermoleculares déb iles entre las capas de grafito. Estos enlaces intermoleculares débiles están representados por las líneas de puntos azules de la figura. Pero estos electrones libres no apareados están deslocalizados en la estructura del grafito. Esto significa que no están limitados a ningún átomo de carbono y que pueden moverse libremente por toda la estructura. Debido a este fenómeno único, ¡el grafito es capaz de conducir la electricidad!
Puedes comprobar por ti mismo el comportamiento conductor del Grafito. Sólo tienes que hacer un circuito eléctrico con la mina de un lápiz, ¡y verás que el circuito está realmente cerrado!
Propiedades del grafito
Ya has visto algunas propiedades del grafito al hablar de su estructura. En esta sección hablaremos de otras de sus propiedades.
Buen conductor de la electricidad y el calor
Ya has visto en el apartado anterior lo que hace que el grafito sea un buen conductor de la electricidad. El electrón libre no apareado de cada átomo de carbono está deslocalizado y puede moverse libremente por toda la estructura del grafito. Estos electrones facilitan el flujo de carga y, por tanto, el flujo de corriente eléctrica. Debido al mismo fenómeno, el Grafito también es un buen conductor del calor.
El grafito no es un metal, pero se parece mucho a los metales por las propiedades que comparte con ellos. Los metales también son buenos conductores del calor, y los metales también tienen electrones libres, lo que los convierte en buenos conductores de la electricidad, propiedades ambas que también tiene el Grafeno.
Alto punto de fusión/ebullición
Los átomos de carbono comparten enlaces covalentes muy fuertes en la estructura del grafito. La disposición anular hexagonal también contribuye a la resistencia de la estructura. Por ello, se necesita mucha energía para romper los enlaces, lo que contribuye a su elevado punto de fusión y ebullición.
Suave y resbaladizo
Los átomos de carbono de la estructura del grafito no tienen enlaces covalentes entre las capas. Las capas se mantienen unidas porfuerzas intermoleculares débiles . Debido a ello, las capas pueden deslizarse fácilmente unas sobre otras. Esta propiedad hace que el grafito sea blando e ideal para utilizarlo como lubricante.
Cuando escribes con el lápiz, la mina de grafito del lápiz araña el papel. Debido a la naturaleza resbaladiza de las capas de grafito, parte del grafito se queda en el papel, y por eso puedes "escribir" con un lápiz.
Alta estabilidad térmica
El grafito puede calentarse a temperaturas muy elevadas sin afectarle en absoluto. Se considera térmicamente estable. La temperatura de ignición del grafito es de 400oC. Debido a su capacidad para soportar altas temperaturas, a veces se utiliza como escudo térmico en reactores nucleares.
Aunque el grafito no está reconocido como altamente inflamable, puede incendiarse en un ambiente muy caliente y rico en oxígeno. Cuando no hay oxígeno, puede calentarse hasta 3000oC.
Tipos de grafito
Existen dos tipos de Grafito según varíe su estructura. Las capas del grafito pueden disponerse entre sí de dos maneras. Según esta disposición, el grafito es de dos tipos: grafito alfa y grafito beta.
Grafito alfa
Fig. 3: Apilamiento ABA o Bernal en el grafito | ResearchGate
En el grafito alfa, las capas sucesivas se disponen de forma ABABAB, como se muestra en la figura. Cada capa alterna está en la misma posición. La mitad de los átomos de una capa están directamente sobre los átomos de la capa inferior, y la otra mitad de los átomos están directamente sobre el centro de un hexágono de la capa inferior. Esta disposición de las capas también se denomina apilamiento Bernal de capas en el grafito.
Grafito Beta
Fig. 4: Apilamiento ABC o Romboédrico en el Grafito | ResearchGate
En el grafito beta, las capas se apilan de forma ABCABC, como se muestra en la figura. Cada 3 capas están en la misma posición. Esta disposición de las capas también se conoce como apilamiento romboédrico de capas en el grafito.
Usos del grafito
El grafito tiene un uso muy variado debido a sus propiedades únicas.
- Ya conoces su uso en lápices. Los núcleos de los lápices están hechos de una mezcla de Grafito y arcilla. Los lápices utilizan su propiedad de fuerzas intermoleculares débiles, y cómo las capas pueden deslizarse unas sobre otras y depositarse en una superficie si se "escribe" sobre ellas.
- Cuando entra en contacto con la humedad de la atmósfera, aumenta la propiedad lubricante del Grafito. Por ello, el grafito se utiliza en los forros de freno de los automóviles.
- Combinando sus propiedades lubricantes con su capacidad de conducir la electricidad, el grafito se utiliza en los motores eléctricos para mover los contactos eléctricos. Esto permite cerrar el circuito eléctrico incluso con los contactos en movimiento, reduciendo al mismo tiempo la fricción.
- El grafito se utiliza en la fabricación de acero, el procesamiento del hierro y la fabricación de vidrio por su capacidad de soportar altas temperaturas sin cambiar químicamente.
- Las baterías de iones de litio, que se utilizan en los teléfonos móviles, utilizan grafeno como ánodo.
- Elgrafeno, un derivado del grafito, es uno de los materiales más resistentes identificados en el mundo: es más fuerte que el acero y, al mismo tiempo, mucho más ligero. El grafeno son finas láminas enrolladas de grafito.
Grafito - Puntos clave
- El grafito es un alótropo del carbono. La fórmula empírica del grafito es .
- El grafito se forma en condiciones de calor y presión elevados entre la corteza terrestre y el manto superior.
- El grafito está formado por enlaces covalentes entre átomos de carbono.
- En la estructura del grafito, cada carbono forma enlaces covalentes con otros 3 átomos de carbono. Así se forman anillos hexagonales unidos de 6 átomos de Carbono. La estructura del grafito consiste en capas de láminas de estos anillos unidos.
- Debido a que el Carbono forma sólo 3 enlaces covalentes en lugar de 4, cada Carbono tiene 1 electrón libre no apareado.
- El electrón no apareado libre está deslocalizado en la estructura del grafito, es decir, puede moverse libremente por toda la estructura. Esto confiere al grafito la propiedad de conducir la electricidad.
- Debido a las débiles fuerzas intermoleculares entre las capas, éstas pueden deslizarse unas sobre otras. Esta propiedad del grafito permite utilizarlo en diversos usos, como en núcleos de lápices y como lubricante.
- Los átomos de carbono del grafito tienen fuertes enlaces covalentes que necesitan mucha energía para romperse. Por ello, el grafito tiene un punto de fusión y ebullición elevados.
- El grafito tiene una gran estabilidad térmica, es decir, puede soportar altas temperaturas sin cambiar químicamente. En ausencia de oxígeno, puede soportar temperaturas de hasta 3000oC.
- El grafito también se utiliza en motores eléctricos, baterías, fabricación de acero y vidrio, procesamiento del hierro y forros de freno para automóviles.
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