Sobre fósiles, diamantes y lápices.

¿Qué tienen en común un fósil, un diamante y un lápiz?

DGF

A priori y para los que no sepan de qué va exactamente el asunto, puede parecer una pregunta pretenciosa y muchos pensarán que con trampa. Nada más lejos de la realidad. Bien es conocido por todos que estas 3 cosas se parecen lo que una silla a una mesa. Un fósil nos lo imaginamos como una cosa blanca dura y algo deteriorada, un diamante como un objeto durísimo y pulcro, y el grafito como lo opuesto al diamante, blando y sucio. Si recuerdas algo de Química de tu época de instituto, enseguida te darás cuenta de que el denominador común de estos 3 objetos es que están formados por carbono. Y con la palabra carbono no me refiero al carbón (sin “o” al final) que se utilizaba como combustible (aunque el carbón está compuesto a su vez de muchos fósiles, como bien te cuentan aquí). El carbono es un elemento químico que se encuentra en el grupo 14 de la tabla periódica y se sitúa en el segundo período, teniendo un total de 6 electrones, 4 en su capa más externa. Como muchos recordarán, su símbolo químico es una C. Pues bien teniendo estas nociones básicas, vayamos a lo interesante, ya que es muy probable que hayas oído por ahí que el carbono es un elemento muy importante: una de las razones es que forma parte de la mayoría de las biomoléculas que, o bien nos ayudan a obtener energía, o bien son las que transmiten nuestra información genética. Los culpables de esta faceta “multiusos” del carbono son esos 4 electrones más externos de los que hablaba antes. En los casos que nos concierne (excepto el fósil, ya que lo forman otros elementos químicos además del carbono) hablamos de carbono a secas, ésto es,  átomo de carbono unido a otro átomo de carbono (para que te hagas una idea, si pudiéramos ver con un dispositivo los átomos de Carbono, si cogiéramos 1g de grafito o diamante contabilizaríamos aproximadamente unos 5.018.330.000.000.000.000.000 átomos de Carbono, exactamente los mismos en ambos casos).

 

Pero entonces, sí están formados por exactamente las mismas piezas, ¿cómo es que uno es capaz de perforar cristales y el otro no consigue rayar el cristal? La explicación es bien sencilla: se debe a su estructura, a cómo están unidos sus átomos (en el caso del diamante cada carbono está más fuertemente unido a los otros carbonos, generando una estructura más compacta y menos deformable, como en el caso del grafito). Parece que ésto es algo abstracto y difícil de entender, pero para nada. Es como si jugaras con piezas de Lego, pero sólo con un tipo. Si cogemos un número finito, por ejemplo 20, las podemos colocar de muchas formas diferentes. Una de ellas, por ejemplo, sería poner las 20 en línea recta. Como imaginarás, esta disposición no va a ser muy estable y a poco que muevas algo se partirá. En cambio, si dispones las piezas unas sobre otras, fabricando una masa compacta, será mucho más difícil que se te rompa. Con este símil, aunque no sea riguroso (pues los 2 ejemplos que he expuesto no son en absoluto como en realidad se encuentran los carbonos ni en el grafito ni el diamante) ayuda a comprender el importante papel que juegan las diferentes ordenaciones que adquieren los átomos al unirse entre sí.

 

 

diamvsgraf
Ésta es la verdadera ordenación de los átomos de carbono en el diamante (izquierda) y en el grafito (derecha). Aunque en la imagen no se aprecia bien que las diferentes “láminas” que componen el grafito están a su vez débilmente unidas entre sí. Por esa razón, el grafito se exfolia.

 

 

diamante-grafeno-grafito
En esta imagen vemos claramente por qué la estructura del grafeno es tan similar a la del grafito y tan diferente a la del diamante. Aquí sí que se aprecian los enlaces entre las láminas que mantienen unido al grafito.

Te estarás preguntado a qué viene todo este “rollo”. La respuesta tiene nombre propio: grafeno. Por su morfología intuirás que algo tiene que ver con el grafito, y no te equivocas: al igual que éste y el diamante, el grafeno es una sucesión de átomos de carbono que, a su vez, tiene una estructura diferente a las 2 anteriores. Lo que es verdaderamente apasionante son sus aplicaciones, pues aunque estructuralmente se parezca al grafito, el grafeno sólo tiene 2 dimensiones, es una lámina de hexágonos de carbono y si te fijas un poco, verás que la del grafito es muy parecida, solo que éste tiene esas láminas sucesivamente unidas arriba y abajo. Como te iba diciendo, aunque su estructura sea parecida, sus propiedades son extraordinariamente mejores, pues este cristal atómico (que no molécula) es un gran conductor, tiene una alta elasticidad a la vez que gran dureza; es muy ligero y muy resistente (más que el acero)… etcétera. Estas facultades le convierten en uno de los materiales más deseados por las grandes empresas tecnológicas más punteras. El futuro está tan cerca que ya lo podemos tocar (ejemplo de ello es que la empresa  Graphenano ha anunciado el inicio de la fabricación del grafeno en España).

 

Quién te iba a decir que lo que irá en tu móvil y lo que llevaste en tu estuche durante un par de décadas serían cosas, en el fondo, tan parecidas. No te fíes de las apariencias, fíate de la Ciencia.

 

Aquí os dejo unos vídeos interesantes sobre el grafeno:

Cómo hacer Grafeno casero             Grafeno: Características y Aplicaciones | El material del futuro

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