https://youtu.be/-QgTl4Uw5ik?si=GdFBWyg5aQan3L76 ¿Por qué las ruedas de los coches son negras? ¿En qué consiste la datación con carbono 14? ¿Qué originó la guerra de Cuba? ¿Por qué un diamante no es para siempre? ¿Es cierto que Edison no inventó la bombilla eléctrica? ¿Cuál era el secreto del acero de Damasco? A través de éstas, y otras curiosas cuestiones, se presenta una breve descripción del carbón y materiales de carbono, su origen y sus múltiples usos. Estos materiales, pese a haber estado presentes a lo largo de toda la historia de la humanidad -desde las pinturas rupestres, pasando por nuestros teléfonos móviles, hasta el futurista proyecto del ascensor espacial- han pasado bastante desapercibidos y son bastante desconocidos por el público en general. Sin embargo, la generación y almacenamiento de electricidad, los utensilios de acero o aluminio, la depuración del aire y el agua, aviones, automóviles, material deportivo y muchos otros objetos y procesos que hacen posible nuestra vida cotidiana, tal y como la conocemos, no serían posibles de no ser por ellos.

2. Utensilios hechos total o parcialmente con distintos tipos de
carbones forman parte de nuestra vida cotidiana, están presentes
por todas partes y los usamos a diario, aunque nos pueda pasar
desapercibido. Algunos de ellos, como los lápices, hechos con
minas de grafito, son muy antiguos; otros, como las baterías
recargables de ión litio de nuestros equipos electrónicos, cuyos
ánodos están hechos de materiales de carbón, son de desarrollo
más reciente ...

3. coquización
coques
metalúrgicos
mineral
brea de
carbón mineral
carbonización y
activación física
o química
carbón activo
granular o en polvo
fibras
de carbono
grafitos y
carbones
sintéticos
EL ORIGEN DE LOS MATERIALES DE CARBÓN

4. BIOMASA
carbonización y
activación física
o química
carbón activo
granular o
en polvo
desvolatilización
carbón vegetal
EL ORIGEN DE LOS MATERIALES DE CARBÓN

5. refineríaPETRÓLEO
brea de
petróleo
depósito
químico en
fase de
vapor
nanotubos de carbón
nanofibras de carbón
fullerenos
carbones
tipo
diamante
grafitos y
carbones
sintéticos
fibras
de carbono
HIDROCARBUROS
tratamiento
térmico
negro de
carbóncoque de
petróleo
EL ORIGEN DE LOS MATERIALES DE CARBÓN

6. RESINAS
QUÍMICAS
FIBRAS
SINTÉTICAS
PLÁSTICOS
Y POLÍMEROS
tratamientos térmicos
carbón vítreo
telas y
fibras de
carbono
carbones
activos
carbones sintéticos
EL ORIGEN DE LOS MATERIALES DE CARBÓN

7. Desde siempre el carbón ha
formado parte de la vida
cotidiana
“Construye un arca de madera de
ciprés, harás aposentos en el arca y
la calafatearás con BREA por dentro
y por fuera”. Génesis, 6, 14.
¿Primera referencia bibliográfica
de la Historia?

8. 30.000 a.C.
Algunas pinturas rupestres se hicieron utilizando
trozos de madera quemada (carbón vegetal) y
hollín (negro de carbón)

9. 3.500 a.C.
Fundición de cobre
700 a.C.
Fundición de hierro
Uso del carbón vegetal para la fundición de metales
P.F. 1083 ºC P.F. 1535 ºC

10. 2.500 a.C.
Los egipcios usan carbones y pigmentos de negro
de carbón para pintar los jeroglíficos de algunas
tumbas y escribir en papiros. También se usa
carbón vegetal con fines médicos

11. 400 a.C.
Hipócrates recomienda filtrar con carbón
el agua de beber y lo usa en medicina

12. Nitrato
de potasio
Carbón
vegetal
azufre
Pólvora
75% KNO3
15% C
10% S
¿a.C.?, ¿1200?
El carbón vegetal se usa en China para fabricar la pólvora

13. El azabache es una variedad de lignito de color negro intenso,
brillante, frágil y susceptible de ser pulido. El azabache procede de de unos
árboles jurásicos pertenecientes al grupo de protopináceas que se
extinguieron hace unos 65 millones de años, al mismo tiempo que los
dinosaurios.
Piedra plana, suave, de color negro que arde aplicada al fuego; no se borran
los escritos hechos con el barro de esta piedra; cuando está encendida hace
huir a las serpientes, señala la presencia de los demoníacos y descubre la
virginidad. San Isidro, las etimologías
LA SUPERSTICIÓN
Y EL ARTE
Explotado desde hace miles de años, debido a su escasez y al intenso color negro que adquiere
una vez pulimentado, tuvo la consideración de sustancia mágica. Constituyó la base de la joyería
popular de buena parte de la Península Ibérica. Fue labrado en forma de conchas e imágenes,
símbolo de las peregrinaciones jacobeas. De azabache fueron los amuletos más utilizados por
todas las clases sociales en España

14. 1870
En Inglaterra se produce carbón activo para purificar
la cerveza, a partir de excrementos de caballo.
¿1er caso de desarrollo sostenido?

15. La primera bombilla fabricada de forma industrial en 1881
se componía de un hilo de carbón (hebras de bambú
carbonizadas) dentro de una ampolla de vidrio vaciada
de aire. Esta lámpara tenía una eficacia luminosa de 2
lm/W y fue utilizada por primera vez en la Opera de París
para la Exposición Universal de la Electricidad en 1881.
1881

16. ... y sigue formado parte de nuestra
vida cotidiana

17. Las centrales térmicas en las
que se quema carbón mineral
siguen siendo en la actualidad
una de las principales fuentes
de energía en todo el Mundo.
Producción de electricidad en
centrales térmicas

18. CARBONES
MINERALES
antracita
lignito
turba
hulla (bituminoso)

19. 2C + O2 <===> 2CO
C + O2 <===> CO2
C+ H2O <===> CO + H2 gas de síntesis
En 1802 se utilizó por primera vez el gas de alumbrado. Los franceses con
Philippe Lebon y los ingleses con William Murdoch se disputan la paternidad del
inventor del desarrollo práctico del Gas del Alumbrado. Hoy en día el Gas
Ciudad ha sido prácticamente sustituido por el Gas Natural, sin embargo estos
procesos de gasificación son objeto de investigación con la biomasa.
50% H2 34% CH4 8% CO
La gasificación del carbón
gas de alumbrado, gas ciudad

20. Metalurgia del acero
El coque metalúrgico se emplea en el horno alto para la
producción del acero
hornos de coque
Horno
alto

21. Metalurgia del aluminio
Carbonización
1.100 ºC
Sin los ánodos de carbono
no seria posible la producción
masiva de aluminio
Brea de
carbón o de
petróleo
Coque de
petróleo
+
Grafitización
3.000 ºC

22. El grafito nuclear, se usa como
moderador de neutrones y es
esencial para el correcto
funcionamiento de los reactores
nucleares de fisión.
Producción de energía en centrales nucleares

23. Los materiales de carbón son un componente esencial de
algunas baterías convencionales, baterías recargables,
súper-condensadores y pilas de combustible.
Sistemas de Almacenamiento de energía

24. Inciso Publicitario
Xerolutions es una empresa de base
tecnológica (spin-off del CSIC)
dedicada a la producción de
xerogeles de carbono para su
uso como electrodos de
supercondensadores

25. ¿cuánto carbón hay en un automóvil?

26. ¿Por qué son negros los neumáticos?
Los primeros automóviles solían usar ruedas con cubiertas hechas de
goma que tenía un color blanquecino debido al caucho con que
estaban hechas. El color negro de los neumáticos actuales se debe a
un descubrimiento accidental.
En 1885 la compañía de neumáticos B.F. Goodrich decidió fabricar
ruedas negras para evitar que se notase la suciedad. Para ello añadió
negro de carbón, un material de carbón que tiñe al caucho dándole
un color negro. Para sorpresa de esta compañía se descubrió que las
ruedas así fabricadas eran hasta 5 veces mas resistentes que las
ruedas no coloreadas. En 1910 esta compañía introdujo el uso de
negro de carbón en la fabricación de los neumáticos.
Los neumáticos de hoy en día son mucho más sofisticados que estos
primeros neumáticos negros, con docenas de capas y refuerzos de
acero, pero el negro de carbón sigue siendo uno de los
componentes principales y una de las partes más importantes en el
diseño de un neumático.

27. 1 mm /1000 = 1 micra (mm)
1 micra/1000 = 1 nanómetro (nm)
1 mm
Negro de carbón o de humo
(hollín)
e
20 nm

28. Frenos para automóviles hechos
de materiales compuestos de carbón.

29. Cada vez es más frecuente que muchos de los materiales de los
automóviles se refuercen con fibras de carbón.

30. Fibras de carbón crecidas en fase de vapor
2 mm

31. El carbón activo se utiliza en los depósitos de combustible de
algunos coches y en las mangueras de algunos surtidores, para
evitar la evaporación de los compuestos volátiles de las gasolinas.

32. Aire y agua más limpios

33. Los carbones activos son materiales de carbón que presentan una gran
porosidad capaz de “atrapar” una gran cantidad de moléculas
adsorbiéndolas en su superficie. Unos pocos gramos de carbón activo
puede tener un área mayor que la de un campo de fútbol.
8.250 m2
7 g =

34. 200 mm
Partícula de carbón activo
obtenido de carbón mineral

35. 10 mm
Carbón activo obtenido a partir
de residuos vegetales

36. 2 mm
Fibra de carbón activada

37. El componente principal de estos
sistemas de depuración de agua es
un filtro de carbón activo que
“atrapa” las sustancias nocivas.
Sistemas similares se utilizan a
escala industrial para depurar las
aguas residuales y otros efluentes
contaminados.

38. Tanto a nivel doméstico como a escala
industrial, es frecuente el uso de sistemas de
depuración de aire basados en el uso de
carbones activos.

39. Plantillas para zapatos que
adsorben los malos olores
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desprender olores
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40. Aplicaciones médicas de los carbones
diarrea, intoxicaciones leves, flatulencias,
aerofagias, mal aliento, diálisis intestinal, etc.

41. Las TINTAS más antiguas se componían de un pigmento llamado
negro de carbón y de una goma o cola y había que mezclarlas con
agua antes de usarlas. Se llaman tintas chinas y son prácticamente
permanentes porque el negro de carbón es químicamente inerte y la luz
del sol no lo decolora ni lo afecta de ninguna manera.
Antiguos y modernos
sistemas para escribir
2 mm

42. La composición del TONER es variable, básicamente esta formado
por resinas termoplásticas y pigmentos. Los pigmentos del toner
están constituidos por negro de carbón.
e

43. EL PAPEL CARBÓN consiste en un
papel impregnado con una mezcla de
cera y pigmentos como el negro de
carbón. Se inventó en 1806 para
ayudar a escribir a los ciegos y pronto
se convirtió en un eficaz método de
hacer varias copias a la vez. En la
actualidad apenas se usa, sin
embargo muchos programas de
correo electrónico usan las siglas
“Cc” del Inglés “carbon copy”.

44. En 1565, un naturalista suizo-alemán, Conrad Gesner, se hace eco del primer
LÁPIZ, un instrumento que servía para escribir, consistente en un trozo de
grafito contenido en un receptáculo de madera. La mina de los lápices está
constituida normalmente por una mezcla de grafito y arcilla. El grafito puro es
demasiado blando.

45. El diamante más grande de todos es el Cullinan, descubierto en la mina
Premier de Suráfrica en 1905. El Cullinan pesaba 3.106 quilates* antes de ser
cortado. Cuando se talló se produjeron 105 gemas con un peso total de 1.063
quilates. El mayor era una piedra con forma de gota llamada la Estrella de
África que, con 530,2 quilates, es el diamante tallado más grande del mundo;
en la actualidad está engastado en el cetro real británico.
* 1 quilate = 0,2 g
El DIAMANTE es carbono
prácticamente puro y la
sustancia más dura que
existe

46. El más duro o muy blando debido a las
FORMAS ALOTRÓPICAS
e-
e-
e-
e-
e-
e-
No conductor conductor
sp3
sp2Diamante Grafito
C C
e

47. 2 nm
Grafito
nanometro = 10-9 m = 0,000001 mm

48. 1 atm. 25 ºC
Un diamante NO es para siempre
La forma alotrópica estable
en condiciones atmosféricas
es el grafito, pero la
transformación del diamante
a grafito es tan lenta que no
es posible detectarla a escala
humana.

49. ¿Planetas de diamante?
Algunos planetas de la galaxia podrían tener gruesas capas de
diamante debajo de su superficie. Este tipo de planetas se
desarrollaría de forma distinta a la Tierra, Marte y Venus,
denominados planetas de silicatos, en su mayoría constituidos
por complejos de silicio-oxígeno. Los planetas de carbono podrían
haberse condensado a partir de un disco gaseoso rico en carbono
o muy poco oxígeno, formándose carburos y grafitos en lugar de
silicatos. Por otro lado el grafito se transformaría en diamante bajo
las presiones elevadas y potencialmente formaría capas de
diamante de un grosor de varios kilómetros.
Los planetas que orbitan el púlsar PSR
1257 + 12 pueden ser planetas de
carbono. Otros buenos candidatos para
planetas de carbono pueden estar
ubicados en el centro de la galaxia, donde
las estrellas tienen mas carbono que el
sol.

50. 5mm
Microcristales de diamante

51. Mientras que los diamantes naturales se emplean, por lo general, en
joyería, algunas herramientas se recubren de una capa de diamante
sintético que las dota de una gran dureza y de excelentes prestaciones.
Esto se realiza usando procedimientos especiales, como el depósito
químico en fase de vapor (CVD). Estos procesos se encuentran en
continua investigación con objeto de ser mejorados.
10mm

52. Herramientas mejores y más duraderas

53. Bombas de grafito
G-Bomb
La bomba de grafito se usó por primera vez en 1991
durante la guerra del Golfo. El 85% del sumistro
eléctrico de Irak quedó inutilizado. En 1999 bombas
de este tipo fueron capaces de inutilizar el 70% del
suministro eléctrico de Serbia.
Estas bombas esparcen una nube de miles de
filamentos de grafito (conductor eléctrico) que al caer
sobre las instalaciones eléctricas produce
cortociruitos.

54. ... Y te acercas, y te vas
después de besar mi aldea.
Jugando con la marea
te vas, pensando en volver.
Eres como una mujer
perfumadita de BREA
Joan Manuel Serrat (Mediterráneo)
¿A quién se refería Serrat con "perfumadita de brea", a la
mar con olor a brea o a una mujer perfumadita de brea?

55. CHAMPÚ DE BREA DE PINO
La brea del pino ha sido siempre conocida
por su habilidad de aliviar la piel seca, el
picor, y estimular la circulación del cuero
cabelludo.
CHAMPÚ DE BREA DE HULLA
Actúa reduciendo la proliferación celular que
se observa en la caspa, la dermatitis
seborreica y eczema, evita la "nieve" en los
hombros y calma el picor.
JABÓN DE BREA
Indicado para la dermatitis
seborreica, picores, etc.

56. Materiales más ligeros y resistentes
Materiales compuestos C/C
Conformado --- Calcinación, 1000 ºC --- (densificación) -- (grafitización, 3000 ºC)
MATRIZ REFUERZO
negro de carbón,
coque de petróleo, etc.
fibras de carbón
(brea de carbón o
petróleo, PAN,
acrílicas, etc.)
brea de
carbón o
petróleo
resinas
fenólicas,
epoxi, etc.
10 mm

57. Los materiales compuestos de carbón (“C/C composites”)
tienen buenas propiedades mecánicas a la vez que son muy
ligeros, por lo que se emplean en la TECNOLOGÍA
AERONÁUTICA Y AEROESPACIAL.

58. Las palas de los
AEROGENERADORES
que producen energía eólica se
construyen de materiales
compuestos de fibra de carbón

59. Muchos EQUIPAMIENTOS DEPORTIVOS modernos están
hechos con materiales similares.

60. El carbono es el elemento en el cual se basa la vida y del que está
mayoritariamente formado nuestro cuerpo, las PRÓTESIS E IMPLANTES
hechos con materiales de carbono no solo son totalmente biocompatibles, sino
que son además muy ligeras y resistentes.

61. Nuevos materiales de construcción
Más resistente, más ligero y químicamente más inerte que el acero
Pasarela de Laroin (Francia)
110 m sin pilares
Tirantes de haces de cables de fibra de
carbón en matriz de resina epoxi envueltos
en PET de alta densidad
Reparación de grietas,
fisuras, rupturas …
Hormigones reforzados con
fibras de carbón
refuerzo de estructuras de
hormigón con laminado de
fibras de carbón

62. NUEVOS CARBONES PARA EL FUTURO
Los fullerenos, los nanotubos de carbono, las
nanoespumas de carbono, los grafenos, etc. son nuevas
estructuras de carbono que poseen propiedades
extraordinarias. Con ellos se están desarrollando nuevos
materiales que harán posible invenciones fascinantes.
La nanoespuma de carbono fue
descubierta en 1997. Es considerada
como una nueva forma alotrópica del
carbono. Se obtiene de forma similar a
los nanotubos con ablación laser.
Posee propiedades ferromagnéticas
y paramagnéticas.

63. fullereno C60
El FULLERENO
otra FORMA ALOTRÓPIOCA del carbono
Descubierto en 1985 por F. Curl Jr., Richard E. Smalley y
Harold Kroto, que recibieron el Nobel de Química en 1996. Su
nombre se debe a Richard Buckminster Fuller, un arquitecto
alemán que diseñaba cúpulas con esta forma.

64. NANOTUBOS DE CARBONO
Los nanotubos de carbono se obtienen por deposición química
a partir de hidrocarburos (CH4, C2H2, etc.), en presencia de
hidrógeno y catalizadores (Ni, Fe).
nanometro = 10-9 m = 0,000001 mm
Estructrura
de fullereno
Lámina de grafito
enrollada

65. GRAFENOS
En 2010 A. Geim y K. Novoselov reibieron el Premio Nobel de Física
por sus revolucionarios descubrimientos sobre el material
bidimensional grafeno
• Es metálico, flexible, transparente y muy ligero
• 200 veces mas resistente que el acero
• Consume menos electricidad para una misma tarea que el silicio.
• Genera electricidad al ser alcanzado por la luz
• Tan impermeable que ni siquiera el átomo de helio puede atravesarlo
e

66. La calculadora más pequeña del Mundo
James Gimzewski, de IBM, Zurich, construyó una calculadora del tamaño de
nanómetros. Consiste en un ábaco hecho con 10 moléculas de fullereno que
pueden moverse con la punta de un microscopio de efecto túnel. Lo que
sería equivalente a mover un balón de fútbol con la punta de la torre Eiffel.
Guinness Book of Records (2001)
fullereno
C60

67. 1050 g
Cuadro de bicicleta reforzado
con nanotubos de carbono

68. 2003
Aparece la idea de las
pantallas planas hechas
con nanotubos de
carbono
15 ”
Pantallas planas hechas con
nanotubos de carbono o grafeno
2006
Samsung presenta su pantalla
a color construida con
nanotubos de carbón de 15”.
Estas pantallas dan una calidad
superior y son más baratas que
las pantallas planas existentes
hasta la fecha.
Teléfono flexible Samsung 'Galaxy Skin'
Minority Report

69. Nanomáquinas

70. El Ascensor Espacial

71. GRACIAS POR SU
ATENCIÓN
© 2012 J. Ángel Menéndez
angelmd@incar.csic.es
Dra. Ana Arenillas de la Puente
Dr. Miguel Montes
Dra. Montserrat Inguanzo
Dr. Antonio Domínguez
Dra. Yolanda Fernández
Dra. Beatriz Fidalgo
Dra. Leire Zubizarreta
Dr. Emilio Juarez
Dr. Ángel Hernández
Dra. Esther Gómez
Dr. Jose Miguel Bermúdez
Dr. Esteban Ruisánchez
Nataila Rey
Daniel Beneroso
Isabel Díaz
Sara Fernández
Sandra Rodríguez
Nuria Ferrera
CSIC
UE-FP7, SYNPOL PROJECT
MICINN, Plan Nacional de I+D+I, INNPACTO
CDTI-CENIT: SOT-CO2 and VIDA
PCTI-Asturias
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Kunming University of Sciences and Tecnology
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Fundacion Investigacion e Innovacion para el desarrollo social