En este artículo vamos a exponer los motivos por los cuales el grafito resulta un excelente conductor de la electricidad, vamos a centrarnos en este tema pues es un asunto de sumo interés y que despierta la curiosidad de muchas personas, por todo ello vamos a ver por qué el grafito conduce electricidad.
Antes de adentrarnos en el tema resulta de interés detenernos un rato a realizar una buena composición de lugar que debe llevarnos a conocer aquello que es el grafito y algunos de los aspectos más destacados del mismo pues a la postre es todo ello lo que luego nos llevará a visualizar el asunto de la conductividad del grafito.
El grafito conduce electricidad y la esencia de este
Cuando hablamos del grafito estamos hablando de aquello que es según la RAE:
mineral untuoso, de color negro y lustre metálico, constituido por carbono cristalizado, que se puede producir artificialmente y se usa en la fabricación de lapiceros y en otras aplicaciones industriales
La definición anterior es una definición completa y que expresa a la perfección aquello que es el grafito (aunque como podemos ver aún no nos permite adentrarnos en el ver por qué el grafito conduce electricidad), pero la anterior también es un definición muy clara y descriptiva pero que no nos aporta toda la dimensión que en este artículo queremos aportar y por ello vamos a proseguir en profundizar un poco más en la misma.
Hablando del grafito podemos decir que el mismo es una de las formas alotrópicas de prestación que pueden tener el grafeno, los fulleranos o los nanotubos, así como el carbono y los diamantes.
Para hablar de los principios del conocimiento del grafito deberíamos remontarnos varios siglos atrás, concretamente deberíamos irnos hasta pocos años del año 1800, concretamente hasta el año 1789, cuando el Sr. Abraham Gottlow Werner lo nombró. La elección del término tuvo que ver con el origen de una deriva de una palabra en griego que significa “escribir”, y ello es así pues una gran parte de los usos del grafito son para crear puntas de lápices.
Cabe destacar que el grafito también encuentra otras denominaciones comunes como pueden ser “plombagina” o “plomo negro” y que el mismo parte de la extracción de yacimientos naturales repartidos por muchas partes del mundo (con especial incidencia en China y también en India y en Brasil), si bien el grafito también puede ser obtenido artificialmente.
Seguimos sin encontrar la respuesta a por qué el grafito conduce electricidad, pero nos sirve realizar toda esta larga introducción para comprender la base y la esencia del grafito y para ello resulta interesante conocer la estructura de este.
La hibridación es la situación de los átomos del grafito lo que supone que en la práctica pueda decirse que la estructuración del grafito es una estructuración multicapa, una estructuración concretamente tricapa, una estructuración de tres capas superpuestas, a su vez este tipo de estructurado laminar permite que el grafito presente el nombre de ser un material anisótropo.
Del mismo modo que sucede con el caso de los diamantes el grafito tiene una constitución única formada por átomos de carbono, si bien entre el diamante y el grafito existe una diferencia de base muy importante: su estructura cristalina. Ambos elementos son elementos alotrópicos y ambos son elementos semimetálicos.
Esta relación entre el grafito y el diamante permite que, aplicando determinados procesos, el grafito pueda ser convertido en diamante. No vamos a adentrarnos en este asunto pues escapa al interés del objetivo de este artículo, pero diremos que quien esté pensando en hacerse rico con sus puntas de lápiz convertidas en diamante va muy errado, ni es posible hacerlo a escala doméstica ni, incluso, ha escalas industriales resulta interesante pues el coste técnico de la conversión es tan elevado que excede, en mucho, del coste de los materiales puestos en el mercado, pero valga la mención por el interés informativo de la misma.
Antes se ha mencionado que uno de los principales usos del grafito se encuentra en las puntas de los lápices y bien cierto que ello es, pero bien cierto resulta también que ese no es -ni mucho menos- el único uso que tiene el grafito, tiene muchos otros usos y aplicaciones más.
Así, por ejemplo, el grafito es apto para crear ladrillos también para crear lubricantes gracias a su alto poder deslizante, también resulta idóneo para la fabricación de piezas de ingeniería entre las que se encuentran pistones o rodamientos (entre otras muchas que podrían mencionarse), forma parte de los elementos que se pueden encontrar en reactores nucleares, son una de las bases principales de los discos de grafito. que tienen una fuerte equivalencia con los de vinilo, tiene usos para el ámbito de la pesca ya que sirven para las cañas de pescar e, incluso, de él se puede derivar la creación de grafeno.
Propiedades del grafito y su relación con la conducción de la electricidad
Y ahora sí, acercándonos ya al motivo por el cual el grafito conduce electricidad vamos a realizar un acercamiento a las propiedades de este. En primer lugar, deberá decirse que el grafito presenta un color negro de carácter brillante metálico y que el mismo resulta refractario y fácilmente exfoliable. Si de la dirección particular de su capado (entendiéndose con relación a sus capas) se trata debemos decir que el mismo ofrece una muy buena conductividad con relación a la electricidad comportándose el mismo como un elemento semiconductor a través del aumento de temperatura que logra.
A medida que se habla de todas las capas del grafito diremos que la conducción de la electricidad es una relación en aumento, una relación en aumento que va íntimamente ligada al aumento de la temperatura que se va produciendo, es decir, en otras palabras, puede decirse que a mayor temperatura el elemento adquiere mayor grado de conductividad el mismo presenta siendo entonces un elemento conductor de los denominados cómo semi-metálicos.
Antes se hablaba de la profunda (aunque con sus marcadas diferencias) relación entre el grafito y el diamante, pues bien, esta relación (aunque en este caso diferencial) también se traslada al asunto que aquí nos ocupa del por qué el grafito conduce electricidad, y es que mientras el grafito puede llegar a ser un elemento usado cómo electrodo en algunas reacciones (como puede ser la electrolisis), en el caso del diamante ello no sucede así.
Pudiera parecer contradictorio que dos elementos que en su base son tan parecidos entre sí, como es el caso del diamante y del grafito, uno de ellos no resulte para nada conductor y el otro sí, el motivo se encuentra en la interrelación existente entre los carbonos, así como por el arreglo cristalino en el espacio de los átomos.
Y es que cabe decir que en el supuesto del gráfico los átomos de carbono conforman una sería de anillos hexagonales que se sitúan en un único espacio plano que a su vez conforma un conjunto de laminas que permanecen unidas por la atracción mutua que ellas mismas se generan.
Entonces, si realiza una observación de dichos anillos hexagonales es que puede comprobarse el por qué el grafito conduce electricidad. Realizando tal observación puede comprenderse en dichos anillos existe un doble enlace que posibilita el migrado de electrones.
Además de todo lo anterior, los carbonos toman en su seno una hibridación plana, lo que permite conformar, tal y como ya se ha venido mencionando, una conjunción de laminas que se superponen. Por poner una analogía a lo que se está exponiendo podríamos decir que dichas laminas se crean de mismo modo que una colmena, paralelas entre sí y con enlaces de planos diferentes que tienen un mayor nivel de debilidad, esta estructura permite que se produzca un mayor nivel de movilidad en los electrones o, dicho de otro modo: se produce un grado de transferencia de electricidad mucho mayor.
Aún a colación con lo que se viene explicando y que viene por qué el grafito conduce electricidad y el diamante no a pesar de ser dos elementos tangencialmente muy cercanos, es que el primero realiza un aprovechamiento muy bueno de todo lo que le posibilita ofrecer un alto grado de conductividad térmica pero un muy mal grado de conductividad eléctrica, mientras que en el caso del carbono que no dispone de una estructura tan perfecta ni capaz de tratar con la energía cinética como lo hace un diamante cuenta con todas las propiedades adecuadas para una buena conductividad eléctrica.
Para finalizar, y simplemente como curiosidad, expresar que otras características interesantes más allá del por qué grafito es conductor de la electricidad, es que en las distintas capas de grafito puede haber penetración iónica o molecular. Un buen ejemplo de ello es la cesión en favor del grafito de un electrón por parte del potasio, lo que a su vez redunda en posibilitar un mayor grado de conductividad del grafito al ser capaz ese ion transferido de quedar situado entre capas del elemento.