¿Es un diamante una molécula?

Pregunta respondida: ¿Es un diamante una molécula?

No Los diamantes (y grafito, “buckyballs” y mucho más) son alótropos de carbono metaestables (Wikipedia).

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Ilustración del destacado artículo de ResearchGate Allotropes mágicos de carbono: perspectivas y aplicaciones (Santosh K. Tiwari, Vijay Kumar, Andrzej Huczko, R. Oraon, A. De Adhikari & G. C. Nayak (2016) Allotropes mágicos de carbono: perspectivas y aplicaciones , Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences, 41: 4, 257-317, DOI: 10.1080 / 10408436.2015.1127206):

Figura 31. Alótropos de carbono y su estructura cristalina.

¿Es un diamante una molécula?

Depende de a quién le preguntes. Pero echemos un vistazo a lo que hace un diamante de cristal puro y único.

Un diamante es una red gigante sólida hecha completamente de átomos de carbono, cada uno conectado al siguiente por un enlace covalente CC. La estructura alrededor de cada átomo de carbono en un diamante es una matriz tetraédrica de cuatro átomos de carbono unidos al átomo central. Este patrón es recursivo en todo un diamante puro.

Un herrero de diamantes puede tomar un diamante y partirlo en varios diamantes. Cada uno tiene el mismo patrón de matriz de átomos de carbono en todo momento. Se podría decir que el diamante original era una sola molécula. Eso plantea la pregunta sobre cuáles son sus partes. ¿Son moléculas también? Algunas personas dicen que no hay una molécula discreta en el diamante como en otras sustancias como el azúcar y el ácido tartárico. Esto tendría sentido si piensa en las piezas de diamante que se cortaron del original. Sin embargo, los químicos de polímeros pueden estar en desacuerdo con esta idea.

Para un químico de polímeros, cualquier partícula de una sustancia unida covalente que no puede separarse en partículas separadas, incluso en teoría, es una molécula. Según estos químicos, es posible tener una copa hecha completamente de una molécula de polipropileno. Argumentarían que no hay diferencia entre la idea de una sola molécula en una taza que la de que haya una sola molécula en un diamante joya, ya sea que se haya cortado de una piedra más grande o no.

Sin embargo, cuando se considera la molécula única de azúcar, ácido tartárico o incluso de la copa de polipropileno, todas estas sustancias son compuestos. Todos contienen átomos de carbono e hidrógeno: el azúcar y el ácido tartárico también contienen átomos de oxígeno. Un diamante no es un compuesto, pero tampoco lo es una sola molécula de oxígeno. Claramente, el oxígeno consiste en moléculas discretas.

Entonces, ¿es un diamante una molécula? Depende de a quién le preguntes. Si me preguntas, diría que sí. Si el diamante es puro, no tiene fallas ni imperfecciones observables, ¿por qué no debería considerarse como una sola molécula de carbono?

El diamante es un ejemplo de una red sólida o un sólido covalente gigante.

Enlace covalente de red – Wikipedia

Tiene una estructura abierta donde los átomos de carbono en un diamante no están fijos en número, pero hay evidencia de enlaces covalentes con propiedades cristalinas.

estructuras covalentes gigantes

Sí (al menos puede pensar de esa manera). Diamante en una serie particular de átomos de carbono (una de las muchas formas macroscópicas de átomos de carbono). La “estructura de diamante” es una disposición de red tridimensional particular de átomos de carbono, al igual que cualquier “molécula” es una matriz tridimensional de átomos. La mayoría de los tehories de estado sólido asumen una “estructura infinita”. Para estar seguro, el diamante en su anillo es una molécula macroscópica (pero finita). Ciertamente imagino el hipotético “sólido infinito” como una molécula muy grande. En realidad, el diamante macroscópico es un sólido grande pero finito, por lo que la advertencia es que la simetría periódica se rompe por la superficie, dando lugar a todo tipo de fenómenos asociados con los “estados superficiales”.

Tomando la molécula como “una colección de átomos conectados por enlaces covalentes”, un cristal de diamante es definitivamente una molécula, al igual que un cristal de cuarzo.

Sin embargo, algunas personas pueden sugerir un límite de tamaño superior en las moléculas, más allá del cual una sustancia es una red covalente pero ya no es molecular. Si esto se cree, entonces quizás los diamantes macroscópicos no son moléculas, sino microscópicas más pequeñas que un cierto tamaño.

Si quieres llamarlo así, sé mi invitado. Ciertamente, todos sus átomos están conectados entre sí con enlaces bastante fuertes. Pero entonces por favor llame a una gota de lluvia una molécula también. Esos enlaces de hidrógeno no son tan fuertes tal vez, pero ciertamente hay una estructura de red, incluso en el líquido.

Pero por favor no piense que esos enlaces en el diamante están perfectamente descritos por enlaces sigma localizados de tipo sp3. Eso lo convertiría en un aislante, que no lo es. Realmente es un semiconductor bastante bueno. Cualquier portador de carga en él se deslizará muy bien, con una movilidad aún mayor que en silicio.

Una razón para eso es que hay algunas distancias CC laterales que son relativamente cortas. Más corto de lo esperado para las distancias de Van der Waals.

Por lo tanto, realmente es un cristal de estado sólido y quizás sea mejor aprender a usar descripciones de estado sólido que usar las descripciones de la química orgánica molecular para describirlo. De lo contrario, terminas hablando de las plumas del pez.

¿Qué color tendrían, me pregunto, plumas de pez?

No. El diamante es una forma cristalina de carbono. Las moléculas de carbono están dispuestas en forma de lo que la ciencia llama, estructura cúbica centrada en la cara. En pocas palabras, los átomos se colocan en las esquinas de un cubo y en el centro de los lados.

Si llamamos moléculas de cristales, ¿te ayuda? ¿Ayuda a alguien? La razón por la que nombramos y clasificamos las cosas es que nos ayuda a organizar nuestros pensamientos y comunicarnos con los demás. ¿Esto te ayuda a ti oa alguien más? Nunca me he encontrado con una situación en la que pensé que ayudaría a clasificar un cristal macroscópico como una molécula. Puedo ver cómo definir configuraciones específicas como moléculas para las que puedes medir o calcular propiedades específicas. De lo contrario, solo llamo a la cosa un cristal.

Si su objetivo es frustrar a otras personas, impedir la comunicación, causar confusión y cosas similares, siga adelante y use el lenguaje de una manera que otras personas no esperan y luego pierda su tiempo debatiéndolo.

Si desea que la gente lo respete, aprenda el idioma y el uso adecuado y sea conciso y claro. Entonces la gente pensará que eres un genio.