Estructuras de resonancia del grafito

Vista previa del material en texto

Estructuras de resonancia del grafito, 
diamante y grafeno plano. 
 
1 Grafito, diamante y grafeno plano. Estructuras 
de resonancia. Aplicaciones 
Existen dos formas alotrópicas del carbono bien diferenciadas: el diamante y 
el grafito. Ambas son fases estructuralmente diferentes, compuestas con átomos 
unidos por enlaces que resultan de la hibridización de orbitales sp3 y sp2, 
respectivamente. Las propiedades eléctricas y mecánicas de estos materiales 
dependen de la estructura y del tipo de enlace entre los átomos de carbono. 
La estructura del diamante proviene de una red covalente tridimensional (3D), 
conteniendo la configuración tetraédrica espacial dada por los cuatro orbitales 
híbridos sp3 (longitud de enlace C-C: 1,54 Å). Es considerado un material con 
propiedades físicas extremas, el tipo de enlaces y su estructura le proporcionan 
dureza extrema y alta densidad de átomos, mayor que cualquier sólido cristalino. 
En el grafito la estructura es trigonal y los átomos de carbono conforman una red 
covalente bidimensional (2D), debido a la hibridización sp2. Estructuras 
hexagonales de átomos de carbono tipo “panal de abeja” (longitud de enlace C-
C: 1,41 Å), forman capas unidas por fuerzas de van der Waals (distancia entre 
capas: 3,35 Å). El grafito es un material blando, ópticamente opaco y 
químicamente activo. Su conductividad eléctrica es elevada en la dirección 
paralela al plano hexagonal a través de la movilidad de los electrones p 
deslocalizados, disponibles para formar un enlace pi con otros átomos. 
El grafeno es una lámina con estructura bidimensional de átomos de carbono, 
obtenida a partir de los planos atómicos individuales del grafito. La superficie de 
un átomo de espesor altamente uniforme, es muy estable debido a las fuerzas de 
cohesión entre los átomos en una configuración atómica hexagonal. A pesar de 
que estas láminas tienen un átomo de espesor y no poseen protección del medio 
ambiente, exhiben alta estabilidad y calidad cristalina, conformando un continuo 
extendido a escala macroscópica. La membrana tiene la estructura de un panal 
de abejas extendida y es la componente más sencilla entre los alótropos del 
carbono. Estas láminas pueden ser apiladas conformando el grafito 3D, pueden ser 
enrolladas para formar los nanotubos de carbono 1D y pueden ser envueltos para 
constituir fulerenos 0D. La conjugación de orbitales pi de largo alcance en el 
grafeno le proporciona extraordinarias propiedades térmicas, mecánicas y 
eléctricas, las cuales son de gran interés en estudios teóricos y en el laboratorio. 
Las propiedades electrónicas, térmicas y mecánicas que distinguen al grafeno lo 
convierten en un candidato muy prometedor para una amplia gama de 
aplicaciones en nanociencia y nanotecnología. 
Debido a los enlaces covalentes entre átomos de carbono, el grafeno tiene alta 
resistencia a la tracción (200 veces superior que el acero) y posee una constante 
elástica muy grande, siendo flexible ante su deformación. Es un material muy 
liviano que se comporta como unsemiconductor de gap variable, apto para su 
empleo en dispositivos electrónicos (almacenamiento de energía, 
supercondensadores de grafeno, etc.), por la extraordinaria alta movilidad de sus 
transportadores de carga a temperatura ambiente. Con un espesor tan pequeño, 
el grafeno absorbe muy poca intensidad de luz blanca, siendo útil en la 
fabricación de dispositivos eléctricos flexibles y transparentes. Además, las 
películas de grafeno pueden ser utilizadas como membranas inertes e 
hidrofóbicas, protectoras de la corrosión, con propiedades antimicrobianas, etc. 
Las propiedades particulares que exhibe el grafeno como material en 
nanodimensiones han incentivado la investigación de diferentes metodologías de 
síntesis, acompañada del análisis de las propiedades físicas y químicas del 
grafeno, para obtener el control de calidad del material nanodimensionado.