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Propiedades de las redes covalentes: estructuras del diamante y del grafito

Las redes covalentes son sustancias macromoleculares, formadas por un número muy elevado de átomos iguales o distintos, unidos entre sí por enlaces covalentes, es decir, enlaces muy fuertes. En la naturaleza existen diversas redes covalentes, de las cuales consideraremos dos formas alotrópicas del carbono (grafito y diamante) y la sílice, óxido de silicio (SiO2). Puesto que son redes con gran cantidad de átomos unidos muy fuertemente, son sólidos a temperatura ambiente y, además, sus puntos de fusión y de ebullición son altísimos. Vemos los puntos de fusión para las tres redes covalentes comentadas:

  • C (diamante) = 3823 K
  • C (grafito) = 3800 K
  • Sílice (SiO2) = 1986 K

Estos puntos de fusión y ebullición son muy altos, porque para fundirlos es necesario romper la red cristalina de enlaces covalentes.

Además son compuestos en general muy duros (el diamante es el compuesto más duro que se conoce, con una dureza de 10 en la escala de Mohs) a excepción del grafito, que tiene una dureza de 1-2 por su peculiar estructura en capas. Por el mismo motivo, su estructura en capas, el grafito es el único capaz de conducir la corriente eléctrica.

Todos ellos son insolubles en prácticamente cualquier disolvente.

A continuación veremos con mayor detalle las estructuras del grafito y del diamante.

Estructura del grafito y propiedades

Aunque el grafito está formado por carbono, igual que el diamante (son dos formas alotrópicas del mismo elemento, es decir, con distinta estructura), las diferencia en la forma en que se enlazan dichos átomos de carbono en ambas estructuras les confiere propiedades totalmente distintas (de hecho, sabemos que el grafito, la mina de lápiz, es un material barato, mientras que el diamante vale un potosí).

La estructura del grafito está formada por capas planas de átomos de carbono con hibridación sp2, formando hexágonos, en los que cada átomo de carbono está en el centro de un triángulo equilátero y unido a otros tres átomos de carbono, que serían los vértices del triángulo. Estos enlaces son C-C de tipo sigma, σ, entre un orbital sp2 de un carbono y el orbital sp2 del carbono vecino, y su distancia es de 0,142 nm. Esta distancia es el valor intermedio entre un enlace simple y un enlace doble, debido a que hay una serie de enlaces pi deslocalizados por encima y por debajo del plano de hexágonos.

¿A qué se deben estos enlaces pi deslocalizados? Puesto que tenemos hibridación sp2 para los átomos de carbono, esto implica que cada uno de ellos tendrá un obital p sin hibridar, que albergará un electrón desapareado. La configuración electrónica de un carbono sp2 es:

Configuración electrónica con híbridos sp2 para el átomo de carbono

Como hemos dicho, este orbital p es perpendicular al plano de los hexágonos, y se superpone lateralmente con los 3 orbitales 2p de los átomos de carbono vecinos, de forma que la densidad electrónica se distribuye por encima y por debajo de las capas de hexágonos. Después, estas capas se apilan las unas sobre las otras, pero se trata de enlaces débiles, y por este motivo es un compuesto blando. La distancia entre capas es muy grande, de 0,35 nm.

Estructura modelo de la red covalente de grafito

Puesto que las capas, como decimos, se unen débilmente entre sí, el grafito es exfoliable y untuoso al tacto. La exfoliación es lo que permite que el grafito se use para dibujar como mina de lápiz, ya que al frotar la mina sobre el papel se van desprendiendo capas. Además, por esta capacidad exfoliante, se usa como lubricante en seco.

Cabe añadir, finalmente, que el grafito es conductor de la electricidad y, como vimos en el tema de oxidación-reducción, se puede usar como electrodo inerte en pilas galvánicas o en celdas electrolíticas.

Inserción de los electrodos de electrolisis en la botella

Botella de plástico con electrodos caseros de grafito para electrolizar cloruro sódico(sal común): producción de lejía casera.

Estructura del diamante y propiedades

El diamante es otra forma natural de carbono puro, pero en este caso está constituida por una red de átomos de carbono con hibridación sp3. Estos átomos de carbono se unen entre sí por enlaces de tipo sigma, σ, cuya distancia es de 0,154 nm (correspondiente a un enlace simple C-C). Los átomos de carbono presentan geometría tetraédrica, de forma que cada átomo de carbono se une a otros cuatro átomos situados en los vértices de un hipotético tetraedro, y así sucesivamente en las tres dimensiones. Cada carbono de estos vértices es, a su vez, el átomo central de otro tetraedro. Por tanto, todo el cristal se puede considerar como una molécula gigante o macromolécula.

Estructura cristalina de la red covalente de diamante

Puesto que los enlaces sigma carbono-carbono son muy fuertes, el diamante se caracteriza por su gran dureza y por sus elevados puntos de fusión y ebullición, además de no conducir la corriente eléctrica y ser insoluble.

Otro compuesto de estructura semejante al diamante y también de elevada dureza es el carburo de silicio, SiC, llamado también industrialmente carborúndum, con disposición tetraédrica tanto de los átomos de silicio como de los átomos de carbono.

Category: Enlace Químico and Teoría de Enlace Químico.

Tags: Enlace covalente.

18 Comentarios

  1. Excelente explicación, te felicito me sirvió mucho gracias

    Bianka, 1 Año Antes Reply

    • Gracias a ti por comentar y bienvenida.

      QuimiTube, 1 Año Antes Reply

  2. De verdad nos ayudas bastante con tus videos! Muchas gracias

    Brenda, 1 Año Antes Reply

    • De nada Brenda, me alegra que te sirvan :) Un saludo y bienvenida

      QuimiTube, 1 Año Antes Reply

  3. gracias por la explicación explicas mejor que todos mis maestros

    xavier, 1 Año Antes Reply

    • Muchas gracias Xavier por tu comentario, me alegro mucho de que te guste :) Un saludo

      QuimiTube, 1 Año Antes Reply

  4. Hola!quería saber la razón por la que grafito y diamante son insolubles mientras que los fulleranos son solubles?:-)

    Andrea, 1 Año Antes Reply

    • ¡Hola! El grafito y el diamante son redes muy grandes formadas por una cantidad muy grande de átomos unidos por enlaces covalentes, que son extremadamente fuertes, y esto es lo que hace que no sean solubles. En el caso de los fullerenos tienes también enlaces covalentes de una gran fortaleza, generalmente sp2, como en el grafito, pero ocurre que ya no son tantos átomos, su masa molecular es mucho menor, y esto hace que puedan ser solubles. Esto, la menor masa molecular, unida al hecho de que los orbitales p que no se hibridan quedan expuestos al disolvente por geometría y pueden interaccionar con el agua, solubilizándose (fuerzas de van der Waals).

      QuimiTube, 1 Año Antes Reply

  5. Excelente! La verdad espectacular esta información y muy bien explicado el tema, me sirvió mucho. Seguí así!!!

    Carlos, 1 Año Antes Reply

    • Muchas gracias Carlos, me alegro que te guste el material y te agradezco que te hayas tomado tu tiempo para dejar un comentario. Un saludo muy grande.

      QuimiTube, 1 Año Antes Reply

  6. Es de grandiosa la ayuda de estos videos y explicaciones , les felicito por tan grande labor , desde Nicaragua les saluda….
    mary

    maria noguera, 1 Año Antes Reply

    • Mil gracias Mary, me alegro mucho de que te gusten, la verdad es que es una labora muy bonita. Un saludo muy grande.

      QuimiTube, 1 Año Antes Reply

  7. Me sirvio de mmmmmuuuuuucccchhhhoooo
    Gracias 7u7

    karina, 11 Mess Antes Reply

  8. muy bien si que sabes explicar deberias ser profesor

    clara, 11 Mess Antes Reply

    • Muchas gracias Clara, me alegra que te guste :)

      QuimiTube, 11 Mess Antes Reply

  9. Estoy preparando un final d quimica inorganica y tu explicacion me sirvio muchisimo, me gustaria, si es posible, que direras una explicacion de la estructura del diborano, gracias!

    dani, 7 Mess Antes Reply

    • ¡Hola Dani! Gracias, me alegra que te sirva. Intentaremos crear una entrada de blog con la explicación del diborano, aunque ahora mismo nos es un poco difícil. Un saludo.

      QuimiTube, 7 Mess Antes Reply


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