Karbonoa elementu ez-metalikoa da. Karbonoak C sinboloa du taula periodikoan, eta 6 zenbaki atomikoa. Elementu oso ugaria da, eta alotropo asko ditu.

Karbonoaren zenbait propietate

Karbonoa oso elementu nabarmena da. Karbonoaren alotropoak dira grafitoa —solido biguna— eta diamantea —ezagutzen den solidorik gogorrenetarikoa—. Bestalde, lotura bakunen eta anizkoitzen bidez, beste karbono-atomo batzuekin kateak eratzeko gai da, eta beste elementu askorekin lotzeko gai da 10 milioi inguru konposatu ezagun eratzeko. Izan ere, karbonoa izaki bizidunen funtsezko osagaia da.

Historia, ugaritasuna eta alotropoak

Karbonoa historiaurrean aurkitu zuten, oxigenorik gabe materia organikoa erretzean egur-ikatza lortu zutenean. Diamanteak ere oso ezagunak dira betidanik, oso ederrak baitira. Fullerenoak, berriz, aurkitu diren azken karbono-alotropoak dira (80ko hamarkadan aurkitu zituzten).

Karbonoa oso ugaria da lurrazalean, karbonatoetan eta hidrokarburoetan. Beste elementu batzuekin konbinatuta ere gure atmosferan dago. Horrez gain, eguzkian, izarretan eta beste planeta gehienetan ere ugaria da.

Karbono puruak hainbat forma alotropiko ditu:  -grafitoa (PHT),  -grafitoa (PKT), diamantea, lonsdaleita, fullerenoa, nanohodiak…

Presio altuetan, karbonoak diamantearen egitura hartzen du. Diamantea oso gogorra da, kolorgea, gardena, isolatzaile elektrikoa eta beroaren eroale ona. C-C lotura kobalenteen sarea tetraedrikoa da. 4.000 °C-ko fusio tenperatura du, eta 3,5 g.cm-3 -ko dentsitatea. Gogorra denez, erremintetan erabiltzen da. Diamantea grafitotik lor daiteke oso tenperatura eta presio altuetan.

Presio arruntetan, karbonoak grafitoaren egitura hartzen du. Grafitoak geruza-egitura du. Geruzetan, karbonoaren eraztun hexagonalak daude, non C-C distantzia, 141 pm, lotura bikoitzarena den. Lotura anizkoitzetan,  elektroi deslokalizatuak geruzetan higitzen dira, eta eroalea da. Geruzen arteko distantzia askoz handiagoa da, hots, geruzak Van der Waals lotura ahulen bidez lotzen dira. Hori dela eta, erraza da geruzetan banatzea, eta lubrifikatzaile ona da. Gainera, bere egitura dela medio, propietate anisotropikoak ditu, eroankortasuna, adibidez.

Fullerenoak karbonoz osaturiko pentagonoz eta hexagonoz eratuta daude, eta egitura esferikoak edo ia esferikoak dituzte (C20, C60, C70 ...). Fullerenoak laborategian prestatu dira grafitoa laser baten bidez erradiatuz. Naturan ere aurkitu izan dira, grafitoarekin batera eta kontzentrazio oso baxuetan, eta espazioan ugari direla pentsatzen da.

Karbonoaren alotropo garrantzitsuenak: diamantea, grafitoa eta C60 fullerenoa

Badaude guztiz kristalinoak ez diren beste forma batzuk: ikatza (energia-iturri eta erreduktore moduan erabiltzen dena), karbono beltza (tinta edo pigmentuak eta gomak egiteko), karbono aktibatua (gainazal handia du, 103 m2 g-1 , eta xurgatzaile ona da), karbono-zuntzak, nanohodiak…

Karbonoaren konposatuak

• Karburoak: beste elementu batekin konbinatzean sortzen den konposatu binarioari karburo deritzogu. Solido gogorrak dira, eta oso fusio-tenperatura altuak dituzte. Aipagarriena tungsteno karburoa, WC, da; oso gogorra eta erremintak egiteko erabiltzen da.

• Oxidoak: karbono monoxidoa, CO, eta karbono dioxidoa, CO2.

  • Karbono monoxidoa, CO, gas kolorgea, usain gabekoa eta toxikoa da, oxigenoa ordezkatuz hemoglobinari lotzen baitzaio. Karbono monoxidoa errekuntzetan ekoizten da oxigeno gutxi dagoenean; erreduzitzaile ona da, eta oxido metalikoak erreduzitzeko erabiltzen da, hala nola burdina lortzeko:

  3 CO (g) + Fe2O3 (s) → CO2 (g) + 2 Fe (l)

  • Karbono dioxidoa, CO2 , erretzen ez den gas dentsoa da; hortaz, suteak itzaltzeko erabil daiteke. Presio atmosferikoan, zuzenean sublimatzen da solidotik gasera, eta likidoa garraiatzeko, zisternetan presiopean eraman behar da. Presioa askatzean likidoa lurrundu egiten da, energia xurgatzen du eta tenperatura jaitsi egiten dela. Horren ondorioz, izoztu egiten da: izotz lehor deritzona ematen du. Industrian oso garrantzitsua da hoztaile moduan, edariak karbonatatzeko, aerosoletan, su-itzalgailuetan eta abarretan. Berotegi-efektuko gas oso ezaguna da. Karbono dioxidoaren soberakina, beste gas batzuekin batera, atmosferan metatuz doa; lurrazalak askatzen dituen izpi infragorriak xurgatzen ditu, eta, horren ondorioz, tenperatura handiagotuz doa.

• Metanoa: gas natural deritzon gasa da, eta, gehienbat, erregai modura erabiltzen da:

CH4 (g) + 2O2 (g) → CO2 (g) + 2 H2O (g) oso exotermikoa.

Aplikazioak

Karbonoa bizidun guztien oinarrizko elementua da. Horrez gain, bere erabilera garrantzitsuena erregaiena da: ikatza, metanoa, petrolioa…

Bestelako erabilera batzuk ere baditu, ordea:

• Karbono-14 isotopoa datazioetan erabiltzeko.

• Grafitoa arbelekin konbinatuta arkatzak egiteko.

• Diamantea harribitxia izateaz gain, gogorra denez, erremintak egiteko.

• Karbonoa, altzairua egiteko.

• Erreaktore nuklearretan, neutroien moderatzaile gisa.

• Karbono aktibatua oso xurgatzaile ona da.

Azkenik aipatu beharra dago, fullerenoen eta nanohodien erabilerak oraindik ikertzen ari direla.