Sobre el Carbono
No es metálico y tetravalente, lo que hace que cuatro electrones estén disponibles para formar enlaces químicos covalentes. El carbono es uno de los pocos elementos conocidos desde la antigüedad. El carbono es el decimoquinto elemento más abundante en la corteza terrestre y el cuarto elemento más abundante en el universo en masa después del hidrógeno, el helio y el oxígeno.
Resumen
| Elemento | Carbono |
| Número atómico | 6 |
| Categoría de elemento | No Metal |
| Fase en STP | Sólido |
| Densidad | 2,26 g / cm3 |
| Resistencia a la tracción | 15 MPa (grafito); 3500 MPa (fibra de carbono) |
| Límite de elastacidad | N / A |
| Módulo de Young | 4,1 GPa (grafito); 228 GPa (fibra de carbono) |
| Escala de Mohs | 0,8 (grafito) |
| Dureza Brinell | N / A |
| Dureza Vickers | N / A |
| Punto de fusion | 4099 ° C |
| Punto de ebullición | 4527 ° C |
| Conductividad térmica | 129 W / mK |
| Coeficiente de expansión térmica | 0,8 µm / mK |
| Calor especifico | 0,71 J / g K |
| Calor de fusión | – kJ / mol |
| Calor de vaporización | 355,8 kJ / mol |
| Resistividad eléctrica [medidor de nanoOhmios] | 7837 |
| Susceptibilidad magnética | −5,9e-6 cm ^ 3 / mol |
Aplicaciones del Carbono
El principal uso económico del carbono, además de los alimentos y la madera, es en forma de hidrocarburos, sobre todo el gas metano de combustibles fósiles y el petróleo crudo (petróleo). El grafito y los diamantes son dos alótropos importantes del carbono que tienen amplias aplicaciones. Los usos del carbono y sus compuestos son extremadamente variados. Puede formar aleaciones con hierro, de las cuales la más común es el acero al carbono. El carbono es un elemento no metálico, que es un elemento de aleación importante en todos los materiales a base de metales ferrosos. El carbono siempre está presente en las aleaciones metálicas, es decir, en todos los grados de acero inoxidable y aleaciones resistentes al calor. El carbono es un austenitizador muy fuerte y aumenta la resistencia del acero. De hecho, es el principal elemento endurecedor y es esencial para la formación de cementita, Fe3C, perlita, esferidita y martensita de hierro-carbono. Agregar una pequeña cantidad de carbono no metálico al hierro cambia su gran ductilidad por una mayor resistencia. El grafito se combina con arcillas para formar la «mina» que se utiliza en los lápices que se utilizan para escribir y dibujar. También se utiliza como lubricante y pigmento, como material de moldeo en la fabricación de vidrio, en electrodos para baterías secas y en galvanoplastia y electroformado, en escobillas para motores eléctricos y como moderador de neutrones en reactores nucleares. El carbón vegetal se ha utilizado desde los tiempos más remotos para una amplia gama de fines, incluidos el arte y la medicina, pero, con mucho, su uso más importante ha sido como combustible metalúrgico. Las fibras de carbono se utilizan en lugares de bajo peso, alta rigidez, alta conductividad o donde se desea el aspecto del tejido de fibra de carbono. El grafito se combina con arcillas para formar la «mina» que se utiliza en los lápices que se utilizan para escribir y dibujar. También se utiliza como lubricante y pigmento, como material de moldeo en la fabricación de vidrio, en electrodos para baterías secas y en galvanoplastia y electroformado, en escobillas para motores eléctricos y como moderador de neutrones en reactores nucleares. El carbón vegetal se ha utilizado desde los tiempos más remotos para una amplia gama de fines, incluidos el arte y la medicina, pero, con mucho, su uso más importante ha sido como combustible metalúrgico. Las fibras de carbono se utilizan donde el peso es bajo, la rigidez y la conductividad altas, o donde se desea el aspecto del tejido de la fibra de carbono. El grafito se combina con arcillas para formar la «mina» que se utiliza en los lápices que se utilizan para escribir y dibujar. También se utiliza como lubricante y pigmento, como material de moldeo en la fabricación de vidrio, en electrodos para baterías secas y en galvanoplastia y electroformado, en escobillas para motores eléctricos y como moderador de neutrones en reactores nucleares. El carbón vegetal se ha utilizado desde los tiempos más remotos para una amplia gama de fines, incluidos el arte y la medicina, pero, con mucho, su uso más importante ha sido como combustible metalúrgico. Las fibras de carbono se utilizan donde el peso es bajo, la rigidez y la conductividad altas, o donde se desea el aspecto del tejido de la fibra de carbono. en electrodos para baterías secas y en galvanoplastia y electroformado, en escobillas para motores eléctricos y como moderador de neutrones en reactores nucleares. El carbón vegetal se ha utilizado desde los tiempos más remotos para una amplia gama de fines, incluidos el arte y la medicina, pero, con mucho, su uso más importante ha sido como combustible metalúrgico. Las fibras de carbono se utilizan en lugares de bajo peso, alta rigidez, alta conductividad o donde se desea el aspecto de la fibra de carbono. en electrodos para baterías secas y en galvanoplastia y electroformado, en escobillas para motores eléctricos y como moderador de neutrones en reactores nucleares. El carbón vegetal se ha utilizado desde los tiempos más remotos para una amplia gama de fines, incluidos el arte y la medicina, pero, con mucho, su uso más importante ha sido como combustible metalúrgico. Las fibras de carbono se utilizan donde el peso es bajo, la rigidez y la conductividad altas, o donde se desea el aspecto del tejido de la fibra de carbono.
Producción y precio del Carbono
Los precios de las materias primas cambian a diario. Están impulsados principalmente por la oferta, la demanda y los precios de la energía. En 2019, los precios del Carbono puro rondaron los 24 $ / kg.
El grafito, el diamante y otras formas de carbono se obtienen directamente de las minas. Los diamantes sintéticos se pueden producir cuando el carbono puro se somete a temperaturas y presiones extremadamente altas. Hoy en día, aproximadamente 1/3 de todos los diamantes se producen sintéticamente. Los depósitos naturales de grafito comercialmente viables se encuentran en muchas partes del mundo, pero las fuentes más importantes económicamente se encuentran en China, India, Brasil y Corea del Norte. Según el USGS, la producción mundial de grafito natural fue de 1,1 millones de toneladas en 2010, a las que China contribuyó con 800.000 t, India 130.000 t, Brasil 76.000 t, Corea del Norte 30.000 ty Canadá 25.000 t.
Fuente: www.luciteria.com
Propiedades mecánicas del Carbono
Resistencia del Carbono
En mecánica de materiales, la resistencia de un material es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas. La resistencia de los materiales básicamente considera la relación entre las cargas externas aplicadas a un material y la deformación resultante o cambio en las dimensiones del material. Al diseñar estructuras y máquinas, es importante considerar estos factores, a fin de que el material seleccionado tenga la resistencia adecuada para resistir las cargas o fuerzas aplicadas y conservar su forma original. La resistencia de un material es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas.
Para la tensión de tracción, la capacidad de un material o estructura para soportar cargas que tienden a alargarse se conoce como resistencia máxima a la tracción (UTS). El límite elástico o límite elástico es la propiedad del material definida como el esfuerzo en el que un material comienza a deformarse plásticamente, mientras que el límite elástico es el punto donde comienza la deformación no lineal (elástica + plástica).
Ver también: Resistencia de los materiales
Máxima resistencia a la tracción del Carbono
La resistencia máxima a la tracción del carbono es de 15 MPa (grafito); 3500 MPa (fibra de carbono).
Límite de elastacidad del Carbono
El límite elástico del carbono es N / A.
Módulo de Young delCarbono
El módulo de Young del carbono es 4,1 GPa (grafito) – 228 GPa (fibra de carbono).
Dureza del Carbono
En la ciencia de los materiales, la dureza es la capacidad de resistir la hendidura de la superficie ( deformación plástica localizada ) y el rayado . La prueba de dureza Brinell es una de las pruebas de dureza por indentación, que se ha desarrollado para las pruebas de dureza. En las pruebas Brinell, se fuerza un penetrador esférico duro bajo una carga específica en la superficie del metal que se va a probar.
La dureza Brinell del carbono es aproximadamente N / A.
El método de prueba de dureza Vickers fue desarrollado por Robert L. Smith y George E. Sandland en Vickers Ltd como una alternativa al método Brinell para medir la dureza de materiales. El método de prueba de dureza Vickers también se puede utilizar como método de prueba de microdureza , que se utiliza principalmente para piezas pequeñas, secciones delgadas o trabajos de profundidad de caja.
La dureza Vickers del carbono es aproximadamente N / A.
La dureza al rayado es la medida de la resistencia de una muestra a la deformación plástica permanente debido a la fricción de un objeto afilado. La escala más común para esta prueba cualitativa es la escala de Mohs , que se utiliza en mineralogía. La escala de Mohs de dureza mineral se basa en la capacidad de una muestra natural de mineral para rayar visiblemente otro mineral.
El carbono tiene una dureza de aproximadamente 0,8 (grafito).
Ver también: dureza de materiales
Carbono – Estructura cristalina
Una posible estructura cristalina del carbono es la estructura hexagonal .
En los metales, y en muchos otros sólidos, los átomos están dispuestos en matrices regulares llamadas cristales. Una red de cristal es un patrón repetitivo de puntos matemáticos que se extiende por todo el espacio. Las fuerzas de los enlaces químicos provocan esta repetición. Es este patrón repetido el que controla propiedades como resistencia, ductilidad, densidad, conductividad (propiedad de conducir o transmitir calor, electricidad, etc.) y forma. Hay 14 tipos generales de patrones conocidos como celosías de Bravais.
Ver también: Estructura cristalina de materiales
Estructura cristalina del Carbono
Resistencia de los elementos
Elasticidad de los elementos
Dureza de los elementos
Propiedades térmicas del Carbono
Carbono: punto de fusión y punto de ebullición
Punto de carbono de fusión es 4099 ° C .
Punto de carbono de ebullición es 4527 ° C .
Tenga en cuenta que estos puntos están asociados con la presión atmosférica estándar.
Carbono – Conductividad térmica
La conductividad térmica del carbono es 129 W / (m · K).
Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada conductividad térmica , k (o λ), medida en W / mK . Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por conducción . Tenga en cuenta que la ley de Fourier se aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.
Coeficiente de expansión térmica del Carbono
El coeficiente de expansión térmica lineal del carbono es de 0,8 µm / (m · K)
La expansión térmica es generalmente la tendencia de la materia a cambiar sus dimensiones en respuesta a un cambio de temperatura. Por lo general, se expresa como un cambio fraccionario en longitud o volumen por cambio de temperatura unitario.
Carbono – Calor específico, calor latente de fusión, calor latente de vaporización
El calor específico de carbono es 0,71 J / g K .
La capacidad calorífica es una propiedad extensa de la materia, lo que significa que es proporcional al tamaño del sistema. La capacidad calorífica C tiene la unidad de energía por grado o energía por kelvin. Cuando se expresa el mismo fenómeno como una propiedad intensiva, la capacidad calorífica se divide por la cantidad de sustancia, masa o volumen, por lo que la cantidad es independiente del tamaño o extensión de la muestra.
El calor latente de fusión del carbono es N/A.
El calor latente de vaporización del carbono es 355,8 kJ / mol .
El calor latente es la cantidad de calor que se agrega o elimina de una sustancia para producir un cambio de fase. Esta energía descompone las fuerzas de atracción intermoleculares y también debe proporcionar la energía necesaria para expandir el gas (el trabajo pΔV ). Cuando se agrega calor latente, no se produce ningún cambio de temperatura. La entalpía de vaporización es función de la presión a la que tiene lugar esa transformación.
Punto de fusión de los elementos
Conductividad térmica de los elementos
Expansión térmica de elementos
Capacidad calorífica de los elementos
Calor de fusión de elementos
Calor de vaporización de elementos
Carbono – Resistividad eléctrica – Susceptibilidad magnética
La propiedad eléctrica se refiere a la respuesta de un material a un campo eléctrico aplicado. Una de las principales características de los materiales es su capacidad (o falta de capacidad) para conducir corriente eléctrica. De hecho, los materiales se clasifican según esta propiedad, es decir, se dividen en conductores, semiconductores y no conductores.
Ver también: Propiedades eléctricas
La propiedad magnética se refiere a la respuesta de un material a un campo magnético aplicado . Las propiedades magnéticas macroscópicas de un material son una consecuencia de las interacciones entre un campo magnético externo y los momentos dipolares magnéticos de los átomos constituyentes . Diferentes materiales reaccionan a la aplicación de un campo magnético de manera diferente .
Ver también: Propiedades magnéticas
Resistividad eléctrica del Carbono
La resistividad eléctrica del carbono es 7837 nΩ⋅m .
La conductividad eléctrica y su inversa, la resistividad eléctrica , es una propiedad fundamental de un material que cuantifica cómo el carbono conduce el flujo de corriente eléctrica. La conductividad eléctrica o conductancia específica es el recíproco de la resistividad eléctrica.
Susceptibilidad magnética del Carbono
La susceptibilidad magnética del carbono es −5,9e-6 cm ^ 3 / mol .
En electromagnetismo, la susceptibilidad magnética es la medida de la magnetización de una sustancia. La susceptibilidad magnética es un factor de proporcionalidad adimensional que indica el grado de magnetización del carbono en respuesta a un campo magnético aplicado.
Resistividad eléctrica de elementos
Susceptibilidad magnética de elementos
Otras propiedades del Carbono
