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Esquema del ordenamiento de los planos grafíticos en las partículas de negro de carbón
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El negro de carbón es un material de carbón coloidal fabricado industrialmente en forma de esferas y sus agregados con tamaños entre los 10 y los 100 nm. El negro de carbón se forma por descomposición térmica o combustión incompleta de hidrocarburos; formándose radicales que se recombinan para dar lugar a las partículas de negro de carbón primarias o elementales, que son esencialmente esféricas. Estas partículas elementales nunca están aisladas como tales sino reunidas en agregados y aglomerados. El negro de carbón es carbono prácticamente puro con un mínimo de contenido en alquitranes u otras sustancias extrañas. Según el tipo de fabricación industrial existen distintos tipos de negros de carbón
Negro de acetileno: Es un tipo de negro de carbón formado por la descomposición exotérmica del acetileno. Se caracteriza por un mayor grado de agregación.
Negro de humo: Es un tipo de negro de carbón que se produce por la combustión incompleta de combustibles ricos en compuestos aromáticos que se queman en recipientes planos. Se caracteriza por una amplia distribución de tamaños de partícula (hasta 100 nm).
Negro térmico: Es un tipo de negro de carbón producido por pirólisis de hidrocarburos gaseosos, en una cámara precalentada, en ausencia de aire.
Negro de horno: Es un tipo de negro de carbón que se produce por la combustión incompleta en un horno de hidrocarburos líquidos o aromáticos. El proceso es ajustable y controlable y da lugar a una amplia variedad de productos. El 90% del negro de carbón se obtiene mediante el proceso de horno de aceite.
El hollín se forma generalmente como un subproducto no deseado de la combustión incompleta o de la pirólisis y da lugar a un material de carbón en forma de partículas que puede ser coloidal (< 100 nm) o más grueso. Aunque el hollín es en apariencia parecido al negro de humo, desde un punto de vista estricto éste no puede considerarse como un tipo de negro de humo, ya que está constituido por cantidades variables de sólidos carbonosos e inorgánicos junto con aceites y alquitranes absorbidos y ocluidos.
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Esquema del ordenamiento de los planos grafíticos en las partículas de negro de carbón
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microfotografía SEM de aglomerados de negro de carbón |
microfotografía TEM de una partícula de negro de carbón |
El 90 % del negro de carbón se utiliza en la industria de los neumáticos. EL negro de carbón actúa como carga reforzante de los cauchos incrementando su resistencia mecánica. Sin embargo resulta curioso el origen de este descubrimiento.
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¿Por qué son negros los neumáticos?
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El negro de carbón también se utiliza en la fabricación de plásticos a los que da características como opacidad (color negro), refuerzo, conductividad eléctrica y protección contra la radicación ultravioleta.
Otro de los usos importantes del negro de carbón es como pigmento en la fabricación de tintas y pinturas. Las tintas más antiguas se componían de negro de carbón (pigmento) 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.
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Los chinos inventaron y perfeccionaron la "tinta China". Originalmente diseñada para el ennegrecimiento de las superficies en relieve de jeroglíficos tallados en piedra, la tinta era una mezcla de hollín (obtenido del humo procedente de quemar madera de pino) y aceite de lámpara mezclado con la gelatina de piel de burro y almizcle. La tinta china fue inventada por el filósofo chino Tien-Lcheu (2697 a.C.), pero no se hizo común hasta el año 1200. a.C. |
El negro de carbón
también se utiliza en la fabricación de los toner de impresoras. La composición del toner es variable, básicamente esta formado por resinas termoplásticas y pigmentos. Los pigmentos del toner están constituidos por negro de carbón.
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La curiosa historia del papel de calco o papel carbón El papel de calco o papel carbón es papel fino cubierto con una mezcla de la cera y pigmentos, principalmente negro de carbón, de ahí su nombre. Se utiliza entre dos hojas de papel ordinario para hacer una o más copias de un documento original.
Curiosamente, ambos hombres inventaron su papel carbón como un medio para el mismo fin: ambos intentaban ayudar a gente invidente a escribir mediante el uso de una máquina, y el papel carbón. El “Stylographic Writer” de Wedgwood fue pensado para ayudar a escribir a los ciegos mediante el uso de un punzón de metal en vez de una pluma. Un pedazo de papel empapado en la tinta usada por los impresores y secado, era colocado entre dos hojas de papel de forma que se podía transferir una copia a la hoja inferior. Unos alambres de metal colocados horizontalmente sobre el tablero de escritura actuaban como guía para el punzón y, supuestamente, ayudaban a los ciegos a escribir. Algunos años más adelante, Wedgwood desarrolló la idea de un método para copiar cartas comerciales o privadas y de otros documentos. Estas copias se hacían en el mismo momento de la escritura, para lo que se usaba el papel impregnado en tinta, que Wedgwood llamó “papel carbónatado.” Aunque existió una compañía que comercializó el invento de Wedgwood, ésta no tubo mucho éxito dado que los hombres de negocios de aquella época prefirieron generalmente que sus cartas se escribiesen en tinta, temiendo que un proceso de copiado tan fácil diese lugar a la falsificación al por mayor. Por su parte, Pellegrino Turri tenía razones muy personales para inventar el papel carbón. Se enamoró de la joven Condesa Carolina Fantoni, quien se había quedado ciega años antes. Turri decidió construirle una máquina que le permitiría mantener correspondencia privada con sus amigos (incluyéndole a él). Aunque la máquina que él construyó ya no existe, sí que se conservan algunas de las cartas que la condesa escribió con esta máquina. Estas cartas muestran que la invención de Turri combinaba el papel carbón y su máquina de escribir de la misma forma en que 65 años más tarde sería ya de uso más común con la invención de otra máquina de escribir más moderna y práctica para su uso comercial (la máquina de escribir Remington de Sholes and Glidden). El 6 de noviembre de 1808 la condesa escribió “estoy desesperada porque me encuentro casi sin papel negro.” Este papel carbón era preparado por Turri, quien era su único proveedor. La máquina de escribir de Turri desapareció después de que le fuera entregada a su hijo tras la muerte de la condesa. El papel carbón tubo su momento de esplendor durante muchos años para la producción de copias de documentos escritos a máquina. Sin embargo, con la invención de la fotocopiadora la demanda de papel carbón comenzó declinar hasta llegar a ser prácticamente erradicado del mercado con la aparición de los ordenadores personales y las impresoras. Pese a todo, el papel carbón se resiste a desparecer por completo, y en cualquier caso antes de hacerlo ya ha dejado su “marca” en los modernos correos electrónicos los cuales incluyen la abreviatura “cc” para indicar a los receptores de una “copia de carbón” del mensaje electrónico.
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Los "enanocarbones" El siguiente video ilustra como realizar un sencillo experimento para mostrar la formación de carbones por depósito químico en fase de vapor (CVD, del Inglés chemical vapor deposition). A pesar de su simpleza, el experimento ilustra perfectamente los fundamentos de como a partir de un hidrocarburo en fase gas, sometido al tratamiento adecuado, se pueden obtener múltiples materiales de carbón como: el negro de carbón, grafito pirolítico, carbones tipo diamante e incluso fullerenos, (“enanotubos”) nanotubos de carbono y un largo etc. Este procedimiento se conoce como depósito químico en fase de vapor (CVD, chemical vapor deposition) y generalmente se lleva a cabo usando un hidrocarburo, hidrógeno y catalizadores metálicos. Dependiendo del tipo y proporciones de éstos y las temperaturas usadas, se obtienen distintos tipos de materiales de carbono.
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© 2006 J. Ángel Menéndez
La tinta china