El diamante, el carbón y también el grafito consisten en átomos de carbono, aunque el carbón contiene muchas otras cosas además del material carbonoso general.
El diamante tiene los átomos de carbono dispuestos en una red tridimensional que es como un grupo de pirámides unidas. Mirando la red que se muestra a continuación (1), verá que cada átomo está conectado a otros cuatro átomos dispuestos equidistantes entre sí.
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Esta es una disposición muy fuerte de átomos y es muy difícil de separar. De hecho, esta disposición también es responsable de las propiedades ópticas (extremadamente claras) y de la forma en que el diamante forma buenos cristales externos cuando lo corta correctamente. La rareza de los diamantes grandes, incoloros y perfectamente cortados es lo que los hace caros.
El grafito es una disposición plana de átomos de carbono que son como un montón de hexágonos planos que forman una superficie plana. Son como moléculas de benceno unidas y cada átomo de carbono está unido con otros tres. Estas superficies planas se apilan una encima de la otra (2)
y los planos solo se mantienen unidos entre sí mediante fuerzas intermoleculares débiles, lo que significa que se deslizan fácilmente unos sobre otros. Por lo tanto, el grafito es un excelente lubricante seco y es el material, cuando se mezcla con un material de arcilla, que nos da “plomo” al lápiz.
El carbón, por otro lado, es una mezcla de muchas moléculas diferentes y contiene moléculas aromáticas y alifáticas con una cierta cantidad de azufre, oxígeno, nitrógeno e hidrógeno unidos a las macromoléculas principalmente carbonosas. Aquí se muestra un ejemplo: (3)
Este ejemplo particular tiene cierta planaridad, como el grafito, pero la adición de oxígeno y nitrógeno rompe la planitud y las moléculas ahora son mucho más flexibles. No se deslizan entre sí, ni tienen la extrema rigidez del diamante.
Entonces, el término para diferentes formas del mismo material es alótropo. Ellos Diamante y Grafito son alótropos. El carbón es una mezcla compleja de muchas moléculas orgánicas diferentes que, aunque contienen principalmente carbono, no puede actuar como una sustancia cristalina pura como los otros dos. El carbón es mucho más barato porque es mucho más abundante y puede extraerse más o menos fácilmente. Si tuviéramos tanto diamante como carbón disponible, estaríamos quemando diamantes para obtener energía.
(1) Diamante y otras especialidades de carbono
(2) Imágenes de resolución atómica en el aire de grafito pirolítico altamente ordenado (HOPG) utilizando equipos STM de NanoSurf
(3) estructura, agua, usos, elementos, gas
