Resultados de la encuesta

El resultado de la encuesta realizada a los alumnos de la facultad de ingeniería de la UADY.

Gracias a los resultados de la encuesta sabemos que la mayoria de las personas conocen las 3 fases mas importantes del carbono, que son el diamante, el grafito y el carbón. Sin embargo muchas personas no conocen al carbono FCC, por eso estamos publicando este blogg para que las personas que lo lean se informen y vean lo interesante que es el estudio de elementos tan básicos como lo es el carbono.

Entrevista carbono FCC

Datos generales de la persona entrevista para la creación del blogg

            Nombre: César Alberto Cab Cauich.

Fecha de nacimiento: Agosto 22 de 1977.

Lugar de nacimiento: Maxcanú Yucatán México.

Nacionalidad: Mexicana.

CURP: CACC770822HYNBCS08

RFC: CACC770822

Estado civil: Casado.

Dirección: Calle 26 # 317 entre 33 y 37 colonia Emiliano Zapata Oriente, Mérida, Yucatán, México. CP 97144.

Teléfono: 2121095   Cel.  0449992 356484

e-mail: cesar.cauich@uady.mx, cesarcc23@hotmail.com               

Ocupación: Profesor de medio tiempo en la Facultad de Ingeniería de la UADY, y estudiante de doctorado (CINVESTAV-Mérida), en proceso final de obtención del título.

Correspondencia: Departamento de Física Aplicada, Cinvestav-Unidad Mérida, A.P. 73 Cordemex 97310, Mérida, Yucatán. Fax: (999) 981-29-23.

 

 

Escolaridad:

 

       Licenciatura en Ingeniería Física, Universidad Autónoma de Yucatán, Facultad de Ingeniería, Mérida Yucatán, 1996-2001 con especialidad en instrumentación electrónica y control. Tesis titulada “Cambio de fase en geles derivados de algas mediante espectrometría fotopiroeléctrica”. Trabajo experimental con el objetivo de aplicar el conocimiento y las técnicas de investigación física  para la caracterización de materiales orgánicos. Llevado a cabo con la supervisión del Dr. Juan José Alvarado Gil (Cinvestav Unidad Mérida).

       Maestría en Ciencias, CINVESTAV Unidad Mérida, Departamento de Física Aplicada, Mérida Yucatán, 2001-2003. Tesis titulada: “Estudio de sedimentación de eritrocitos mediante técnica láser”. Tesis experimental con el objetivo de aplicar las técnicas físicas experimentales al estudio de sistemas biológicos. Llevado a cabo con la supervisión del Dr. Juan José Alvarado Gil (Cinvestav Unidad Mérida).

 

·          Doctorado en Ciencias, CINVESTAV Unidad Mérida, Departamento de Física Aplicada, Mérida Yucatán, 2003-Presente. Tesis titulada: “Estudio de primeros principios de la disociación de H₂O sobre superficies de TiO₂”. Tesis teórica con aplicación de la teoría del funcional de la densidad (DFT) a sistemas superficiales de TiO₂ en varias orientaciones y fases, con interacción de moléculas de H₂O con el objetivo de investigar condiciones más adecuadas para la disociación molecular del agua sobre dichas superficies. Llevado a cabo bajo la supervisión del Dr. Romeo de Coss Gómez y del Dr. Gerko Oskam (Cinvestav Unidad Mérida).

Encuesta acerca del carbono FCC

Carbono FCC

Carbón

El carbón o carbón mineral es una roca sedimentaria utilizada como combustible fósil, de color negro, muy rico en carbono. Suele localizarse bajo una capa de pizarra y sobre una capa de arena y arcilla. Se cree que la mayor parte del carbón se formó durante la era carbonífera (hace 280 a 345 millones de años).

El carbón se origina por descomposición de Sergis vegetales terrestres, hojas, maderas, cortezas, y esporas, que se acumulan en zonas pantanosas, lagunares o marinas, de poca profundidad. Los vegetales muertos se van acumulando en el fondo de una cuenca. Quedan cubiertos de agua y, por lo tanto, protegidos del aire que los destruiría. Comienza una lenta transformación por la acción de bacterias anaerobias, un tipo de microorganismos que no pueden vivir en presencia de oxígeno. Con el tiempo se produce un progresivo enriquecimiento en carbono. Posteriormente pueden cubrirse con depósitos arcillosos, lo que contribuirá al mantenimiento del ambiente anaerobio, adecuado para que continúe el proceso de carbonificación. Los geólogos estiman que una capa de carbón de un metro de espesor proviene de la transformación por el proceso de diagénesis de más de diez metros de limos carbonosos.

Los depósitos de carbón están frecuentemente asociados con el mercurio. Hay otra teoría que explica que el carbón se forma con emanaciones continuas de gas metano en las profundidades de tierra.

En las cuencas carboníferas las capas de carbón están intercaladas con otras capas de rocas sedimentarias como areniscas, arcillas, conglomerados y, en algunos casos, rocas metamórficas como esquistos y pizarras. Esto se debe a la forma y el lugar donde se genera el carbón.

Si, por ejemplo, un gran bosque está situado cerca del litoral y el mar invade la costa, el bosque queda progresivamente sumergido, por descenso del continente o por una transgresión marina, y los vegetales muertos y caídos se acumulan en la plataforma litoral. Si continúa el descenso del continente o la invasión del mar, el bosque queda totalmente inundado. Las zonas emergidas cercanas comienzan a erosionarse y los productos resultantes, arenas y arcillas, cubren los restos de los vegetales que se van transformando en carbón. Si se retira el mar, puede desarrollarse un nuevo bosque y comenzar otra vez el ciclo.

En las cuencas hulleras se conservan, tanto en el carbón como en las rocas intercaladas, restos y marcas de vegetales terrestres que pertenecen a especies actualmente desaparecidas. El tamaño de las plantas y la exuberancia de la vegetación permiten deducir que el clima en el que se originó el carbón era probablemente clima tropical.

Aplicaciones del carbón

El carbón suministra el 25% de la energía primaria consumida en el mundo, sólo por detrás del petróleo. Además es de las primeras fuentes de energía eléctrica, con 40% de la producción mundial (datos de 2006). Las aplicaciones principales del carbón son:

1. Generación de energía eléctrica. Las centrales térmicas de carbón pulverizado constituyen la principal fuente mundial de energía eléctrica. En los últimos años se han desarrollado otros tipos de centrales que tratan de aumentar el rendimiento y reducir las emisiones contaminantes, entre ellas las centrales de lecho fluido a presión. Otra tecnología en auge es la de los ciclos combinados que utilizan como combustible gas de síntesis obtenido mediante la gasificación del carbón.
2. Coque. El coque es el producto de la pirólisis del carbón en ausencia de aire. Es utilizado como combustible y reductor en distintas industrias, principalmente en los altos hornos (coque siderúrgico). Dos tercios del acero mundial se producen utilizando coque de carbón, consumiendo en ello 12% de la producción mundial de carbón (cifras de 2003).
3. Siderurgia. Mezclando minerales de hierro con carbón se obtiene una aleación en la que el hierro se enriquece en carbono, obteniendo mayor resistencia y elasticidad. Dependiendo de la cantidad de carbono, se obtiene:
1. Hierro dulce: menos del 0,2 % de carbono
2. Acero: entre 0,2% y 1,2% de carbono
3. Fundición: más del 1,2% de carbono
4. Industrias varias. Se utiliza en las fábricas que necesitan mucha energía en sus procesos, como las fábricas de cementos y ladrillos.
5. Uso doméstico. Históricamente el primer uso del carbón fue como combustible doméstico. Aun hoy sigue siendo usado para calefacción, principalmente en los países en vías de desarrollo, mientras que en los países desarrollados ha sido desplazados por otras fuentes más limpias de calor (gas natural, propano, butano, energía eléctrica) para rebajar el índice de contaminación.
6. Carboquímica. La carboquímica es practicada principalmente en África del Sur y China. Mediante el proceso de gasificación se obtiene del carbón un gas llamado gas de síntesis compuesto principalmente de hidrógeno y monóxido de carbono. El gas de síntesis es una materia prima básica que puede transformarse en numerosos productos químicos de interés como, por ejemplo:
1. Amoníaco
2. Metanol
3. Gasolina y gasóleo de automoción a través del proceso Fischer-Tropsch (proceso químico para la producción de hidrocarburos líquidos a partir de gas de síntesis, CO y H2)
7. Petróleo sintético. Mediante el proceso de licuefacción directa, el carbón puede ser transformado en un crudo similar al petróleo. La licuefacción directa fue practicada ampliamente en Alemania durante la Segunda Guerra Mundial pero en la actualidad no existe ninguna planta de escala industrial en el mundo.

Grafito

El grafito es una de las formas alotrópicas en las que se puede presentar el carbono, en comparación con el diamante el grafito posee una densidad que varia desde los 2.09 a los 2.23 g/cm³.

Estructura del grafito

Las aplicaciones del grafito en las industrias son muy variadas, desde la simple fabricación de lapices, hasta como moderador y reflecto e un reactor nuclear.

Debido a su buena conductividad térmica y eléctrica, el grafito es también se utiliza para revestir los moldes de galvanoplastia, fabricar crisoles, moldes que han de soportar temperaturas muy altas, la fabricación de electrodos.



A continuación se presenta un video de la estructura atómica del grafito en un lápiz cualquiera:

Como puede apreciarse en el video las capas del grafito son fácilmente deslizadas por lo tanto el grafito puede aprovecharse como un lubricante solido.

Diamante

El diamante es uno de los alotropos del carbono. La densidad del diamante es de 3,5 g/cm³. Es, en la actualidad, la joya más preciada en el mundo.

La explotación de mantos diamantíferos constituye un firme renglón para la minería y, finalmente, la venta de estas gemas constituye una fuente muy importante de ingresos.

La dureza del diamante es tal, que sobre él se basa la escala de dureza de Mohs, asignándole el máximo posible, diez.

Estructura del diamante

Su dureza se debe a sus enlaces carbono-carbono, químicamente muy estables, y a su disposición en la estructura: forma una pirámide perfecta, donde si se colocan cualquiera de sus lados como base, pueden contarse los átomos de carbono por capas. Teniendo la primera uno, la segunda cuatro, la tercera nueve y la cuarta dieciséis, lo que hace una sucesión de cuadrados 12, 22, 32 y 42.

La importancia del diamante no sólo se cifra en su reconocida belleza, sino también en su gran utilidad en la industria debido a su gran dureza. Baste decir que, sin el diamante, muchas actividades industriales estarían seriamente limitadas.

Derivados del Carbono

La forma amorfa es esencialmente grafito, pero no llega a adoptar una estructura cristalina macroscópica. Esta es la forma presente en la mayoría de los carbones y en el hollín.

A presión normal, el carbono adopta la forma del grafito, en la que cada átomo está unido a otros tres en un plano compuesto de celdas hexagonales; este estado se puede describir como 3 electrones de valencia en orbitales híbridos planos sp2 y el cuarto en el orbital p.

Las dos formas de grafito conocidas alfa (hexagonal) y beta (romboédrica) tienen propiedades físicas idénticas. Los grafitos naturales contienen más del 30% de la forma beta, mientras que el grafito sintético contiene únicamente la forma alfa. La forma alfa puede transformarse en beta mediante procedimientos mecánicos, y ésta recristalizar en forma alfa al calentarse por encima de 1000 °C.

Debido a la deslocalización de los electrones del orbital pi, el grafito es conductor de la electricidad, propiedad que permite su uso en procesos de electroerosión. El material es blando y las diferentes capas, a menudo separadas por átomos intercalados, se encuentran unidas por enlaces de Van de Waals, siendo relativamente fácil que unas deslicen respecto de otras, lo que le da utilidad como lubricante.

A muy altas presiones, el carbono adopta la forma del diamante, en el cual cada átomo está unido a otros cuatro átomos de carbono, encontrándose los 4 electrones en orbitales sp3, como en los hidrocarburos. El diamante presenta la misma estructura cúbica que el silicio y el germanio y, gracias a la resistencia del enlace químico carbono-carbono, es, junto con el nitruro de boro, la sustancia más dura conocida. La transición a grafito a temperatura ambiente es tan lenta que es indetectable. Bajo ciertas condiciones, el carbono cristaliza como lonsdaleíta, una forma similar al diamante pero hexagonal.

El orbital híbrido sp1 que forma enlaces covalentes sólo es de interés en química, manifestándose en algunos compuestos, como por ejemplo el acetileno.

Los fulerenos tienen una estructura similar al grafito, pero el empaquetamiento hexagonal se combina con pentágonos (y en ciertos casos, heptágonos), lo que curva los planos y permite la aparición de estructuras de forma esférica, elipsoidal o cilíndrica. El constituido por 60 átomos de carbono, que presenta una estructura tridimensional y topología similar a un balón de fútbol, es especialmente estable. Los fulerenos en general, y los derivados del C60 en particular, son objeto de intensa investigación en química desde su descubrimiento a mediados de los 1980.

A esta familia pertenecen también los nanotubos de carbono, que pueden describirse como capas de grafito enrolladas en forma cilíndrica y rematadas en sus extremos por semiesferas (fulerenos), y que constituyen uno de los primeros productos industriales de la nanotecnología.

El carbono es un elemento químico de número atómico 6 y símbolo C. Es sólido a temperatura ambiente. Dependiendo de las condiciones de formación, puede encontrarse en la naturaleza en distintas formas alotrópicas, carbono amorfo y cristalino en forma de grafito o diamante. Es el pilar básico de la química orgánica; se conocen cerca de 10 millones de compuestos de carbono, y forma parte de todos los seres vivos conocidos. El carbono es un elemento notable por varias razones. Sus formas alotrópicas incluyen, sorprendentemente, una de las sustancias más blandas (el grafito) y la más dura (el diamante) y, desde el punto de vista económico, uno de los materiales más baratos (carbón) y uno de los más caros (diamante). Más aún, presenta una gran afinidad para enlazarse químicamente con otros átomos pequeños, incluyendo otros átomos de carbono con los que puede formar largas cadenas, y su pequeño radio atómico le permite formar enlaces múltiples. Así, con el oxígeno forma el dióxido de carbono, vital para el crecimiento de las plantas (ver ciclo del carbono); con el hidrógeno forma numerosos compuestos denominados genéricamente hidrocarburos, esenciales para la industria y el transporte en la forma de combustibles fósiles; y combinado con oxígeno e hidrógeno forma gran variedad de compuestos como, por ejemplo, los ácidos grasos, esenciales para la vida, y los ésteres que dan sabor a las frutas; además es vector, a través del ciclo carbono-nitrógeno, de parte de la energía producida por el Sol.

Principios de la Naturaleza del Carbono FCC

En la naturaleza se puede encontrar al carbono formando tres estructuras cristalinas diferentes, debido a su hibridación electrónica las podemos identificar como: diamante, grafito y aglomeraciones de cadenas de carbono (carbines), con hibridaciones sp³, sp² y sp¹, respectivamente. Estos materiales presentan propiedades electrónicas diferentes entre sí, debido a su ordenamiento estructural, por ejemplo, el diamante es aislante en su estado base, mientras que el grafito es conductor al igual que los carbines.

Recientemente se ha encontrado una nueva fase cristalina para el carbono en películas de diamante tratadas con hidrógeno. Esta nueva fase es muy similar a la del diamante, los estudios de difracción electrónica lo corroboran sin embargo, la diferencia en los anillos de difracción 220 y 200 los llevan a la conclusión de que existe una nueva fase.

En base a los resultados experimentales los autores proponen una estructura cristalina tipo fcc.

We report first-principles calculations of the electronic structure for carbon in the fcc structure with the experimentally observed lattice parameter. The calculated orbital population shows that the chemical bond in fcc carbon is close to the s2p2 bonding with a small s– p hybridization. We find that, in contrast to graphite and diamond, fcc carbon exhibits metallic behavior with an electronic density of states at the Fermi level of 0.5 states/(eV atom).
New crystalline phases of a given material are interesting because they correspond to a different bonding arrangement, and new properties can be expected. The face-centered-cubic (fcc) crystal structure does not appear on the usual pressure–temperature phase diagram of carbon.