Las maravillas del carbono

Las Maravillas del Carbono

José Luis Murcia Muñoz, Juan Esteban Velásquez Trujillo, Juan Manuel Giraldo Echeverry, María José Parra Henao y Sergio Alejandro Calvo Álvarez.

Grado 11-1, Colegio de Cristo

Área de Química

Esp. Albeiro Fernández Villada

29 de abril 2022

ÍNDICE

Preguntas        4

1.        ¿Cuáles son las Ventajas del Carbono?        4

2.        Explique qué es la Fibra de Carbono, ¿De Dónde Procede? y ¿Cómo se Fabrica?, Tenga en Cuenta los Términos Tales Como Poliacrilonitrilo y Pirona (Consulte las Fórmulas Moleculares y Estructurales)        5

Fórmulas y propiedades físicas de la pirona:        7

Fórmulas del poliacrilonitrilo:        7

3.        ¿Cómo se logra elevar las temperaturas de un cuerpo sin quemarlo?        8

4.        ¿Cuáles son las aplicaciones actuales del carbono?        8

5.        En la Naturaleza, ¿Dónde Encontramos el Carbono? y ¿Por qué es tan Común?        8

6.        Mencione y Explique ¿Qué Estructuras en la Naturaleza Forma el Carbono?        9

7.        ¿Cómo se Formaron los Depósitos de Carbón de Subsuelo?        11

8.        ¿Qué Consecuencias Negativas Trae la Combustión del Carbono?        12

9.        ¿Qué es la Gasificación del Carbono? ¿En qué Consiste? y ¿Para qué se Utiliza?.......................................................................................................................................12

10.        ¿En qué Consiste el Aislamiento del Dióxido de Carbono?        12

11.        ¿En qué Consiste la Fijación Natural del Dióxido de Carbono?        13

12.        ¿Qué es la Celulosa? ¿Cómo se Forma? y ¿Cómo se Puede Descomponer la Celulosa Hasta Lograr el Etanol?        13

13.        ¿Qué es el etanol?, ¿Cuál es su Fórmula Molecular y Estructural? y ¿Cuáles son las Ventajas del Etanol?        15

14.        Explique qué es el diamante, su estructura e importancia        16

15.        Qué es el grafito, su estructura e importancia        18

16.        Explique cómo se fabrican los lápices. Indique sus componentes, fórmulas y estructuras……………………………………………………………………………………..19

17.        Qué es el carbón activado, su fórmula y estructura, sus usos, utilidades y cómo se fabrica………………………………………………………………………………………....20

18.        Consulte las formas alotrópicas del carbono y diseñe un mapa conceptual indicando composición, estructura, usos y utilidades reales o posibles        24

Webgrafias…………………………………………………………………………………….25

Preguntas

1. ¿Cuáles son las Ventajas del Carbono?

Las ventajas del carbono radican en que estos tienen una exclusividad de combinación y es también el componente esencial de todo ser vivo, de ahí proviene la expresión “Forma de vida basada en el Carbono. Este es un elemento químico ideal ya que es lo suficientemente estable para crear el material de la vida y las reacciones con las que está relacionada por lo que a su vez no necesita mucha energía para esas reacciones químicas.

Es la combinación ideal de estabilidad y reactividad lo que convierte al carbono en la columna vertebral de todos los seres vivos; de este también se pueden derivar una diversidad de compuestos gracias a su facilidad de tener enlaces con elementos mayores como metales cediéndoles sus electrones de valencia y también con los elementos menores como los gases ganándoles sus electrones.

Entre otras ventajas encontramos que es el material más duro y resistente conocido por el hombre, pero también es uno de los más blandos, purifica el aire y el agua, da energía al mundo y altera su clima; Es el material de las estrellas y conforma a los seres humanos.

Es abundante en todo el mundo; Es económico en comparación con otras fuentes de energía, como el petróleo y el gas natural; Es versátil porque no es solamente quemado directamente, sino que también puede ser transformado en forma líquida o gaseosa. 

Es así como el carbono:

-Es abundante: Las reservas de carbón son abundantes y existen en muchos países; más de 50 países actualmente extraen carbón.

-Es seguro: El carbón es estable y, por lo tanto, el combustible fósil más seguro desde el punto de vista del transporte, el almacenamiento y el uso.

-Es de suministro Garantizado: Las reservas abundantes significan que los usuarios del carbón pueden garantizar la seguridad del suministro de recursos y el suministro de energía necesarios para la industria y la vida

-Es limpio ya que usa tecnologías disponibles, puede ahora quemarse el carbón limpiamente en todo el mundo.  

-Proporciona mucha cantidad de energía por unidad de masa. -Su capacidad calórica varía entre los 2000 y los 7000 Kcal/kg.

1. Explique qué es la Fibra de Carbono, ¿De Dónde Procede? y ¿Cómo se Fabrica?, Tenga en Cuenta los Términos Tales Como Poliacrilonitrilo y Pirona (Consulte las Fórmulas Moleculares y Estructurales)

La fibra de carbono es un material como tipo textil (tejido) muy resistente mecánicamente duradero y flexible. Se comercializa en forma de telas o fieltros. Sus principales características son su resistencia, su aspecto elegante y su peso liviano, además es 10 veces más resistente que el acero y 3 veces más ligero.

La fibra de carbono se usa en el diseño y la industria de: automóviles, barcos, piezas de aviones y naves espaciales, aros para bicicletas, cañas de pescar, resortes para automóviles, mástil para barco, aspas para molinos de viento en la energía eólica; Para los carros de carreras, por ejemplo, cuando se usa la fibra de carbón para reducir casi a la mitad el peso de este haciéndolo más ligero y obteniendo velocidades mucho más mayores que cuando se utiliza acero, también el monocasco de fibra de carbono es muy seguro ya que este absorbe la mayor parte de energía producida en un choque automovilístico sin transferirla al conductor puesto que la fibra de carbono se rompe haciendo que esta se lleve la energía con ella.

Su producción comienza siendo un tejido sintético derivado del petróleo parecido al nailon y al poliéster; en esta fase ocurre un proceso de oxidación que estabiliza un material llamado poliacrilonitrilo que es igual al 60% de carbono; este material pasa por diferentes hornos para aumentar su temperatura eliminando gran parte de los otros componentes diferentes al carbono (entre más negro sea su apariencia más carbono tiene) que cuando se mezcla con el oxígeno del aire gracias a esa cocción lenta, forma una cadena con una estructura tipo escalera mucho más resistente.

Casi al finalizar el proceso se obtiene un material conocido como Pirona (utilizado para el freno de un avión) pero esta fibra necesita más calor para producir un material con 100% carbón eliminando los restos de hidrógeno y nitrógeno ya que la alta temperatura hace que estos átomos ajenos al carbono vibren y se desprendan de él y lo que queda son cristales unidos entre sí que son más o menos alineados en paralelo al eje longitudinal de la fibra (varios hilos 10 veces inferior a un cabello humano). La alineación de cristal da a la fibra de alta resistencia en función del volumen (lo hace fuerte para su tamaño). Varios miles de fibras de carbono están trenzados para formar un hilo, que puede ser utilizado por sí mismo o tejido en una tela y ya, por último, se agrupan continuamente para la formación de un hilo de varias hebras que se coloca sobre un molde y encima se le vierte una resina o plástico para pegar estos hilos tejidos y darles forma a sus diversas aplicaciones.

Fórmulas y propiedades físicas de la pirona:

Nombre IUPAC: 2-Pirona

Fórmula molecular: C5H4O2

Fórmula Estructural: [pic 1]

Densidad: 0,001197 g/cm³

Masa Molecular:  96.08 g/mol

Fórmulas del poliacrilonitrilo:

Fórmula molecular: (C 3 H 3 N) x

Fórmula estructural:[pic 2]

Obtención:

[pic 3]

1. ¿Cómo se logra elevar las temperaturas de un cuerpo sin quemarlo?

Los cuerpos no se queman al haber ausencia de oxígeno

1. ¿Cuáles son las aplicaciones actuales del carbono?

El principal uso industrial del carbono es como componente de hidrocarburos, especialmente los combustibles fósiles (petróleo y gas natural). Del primero se obtienen, por destilación en las refinerías, gasolinas, queroseno y aceites, siendo además la materia prima empleada en la obtención de plásticos. El segundo se está imponiendo como fuente de energía por su combustión más limpia. En el caso del carbono amorfo se añade goma para mejorar sus propiedades mecánicas. Además, se emplea en la formación de electrodos, como el de las baterías.

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