X. FILAMENTOS DE GRAFITO

Y CUANDO VINO LA NOVENA NOCHE

SCHEREZADA dijo: �Oh Rey m�o!, esta noche he de relatarte lo que le sucedi� al joven Zeit�n con su barbero, mientras el sabio Al Raschid daba su conferencia. Zeit�n mand� llamar al barbero para que lo arreglara y lo dejara muy bien presentado, ya que ten�a una cita con la joven hija del cad�, que era muy hermosa y ten�a prohibido recibir visitas. En cuanto lleg� el barbero, Zeit�n le advirti� que no fuera parlanch�n y que lo arreglara r�pidamente, ya que ten�a que ver a la joven antes de que terminara la conferencia de Al Raschid. En efecto, el padre de la joven era muy aficionado a las ciencias y no volver�a antes de que el maestro hubiese terminado, por tarde que fuera. Pero al barbero, seg�n parece, la recomendaci�n le entr� por un o�do y le sali� por el otro.

El barbero inici� la conversaci�n apenas hab�a empezado a arreglarle la cabeza a Zeit�n.

—He de relatarte, Zeit�n, un fen�meno que sucede en las superficies, es muy interesante. Ocurre seg�n una serie de reacciones elementales en las que intervienen, al menos en una de ellas, una superficie r�gida e inm�vil: el catalizador.

—A m� qu� me importan estas historias tuyas. Lo que necesito es que termines r�pido, as� que date prisa.

El barbero, como si no hubiera o�do una palabra, prosigui�.

—En la reacci�n de descomposici�n del CO o del acetileno a altas temperaturas sobre ciertos metales, se forman part�culas met�licas c�nicas y filamentos de carb�n, y tal parece que el carb�n depositado no s�lo reacciona sobre la superficie de la part�cula de metal, sino que penetra por una de sus caras, se difunde y sale por el otro lado para formar filamentos graf�ticos. Cabe mencionar que ciertas caras, la (111), en el caso de un metal fcc, permanecen siempre activas catal�ticamente...

—Ya te dije que no me interesan tus historias y que te apresures, ya tengo que irme.

—Pero, �c�mo es posible que no te interese toda esta informaci�n y que s�lo te importe ir a reunirte con esa bella joven?, �ignorante!

—Tus historias ser�n muy interesantes pero yo tengo prisa.

El joven pens� que, con esta s�plica, el barbero efectuar�a m�s r�pido su trabajo, pero sucedi� todo lo contrario.

—Pues ahora te voy a asombrar a�n m�s. Sup�n que tienes una superficie lisa de grafito con part�culas peque�as de metal depositadas encima. Si mando hidr�geno sobre este sistema se puede dar la reacci�n siguiente:

C+2H₂ � CH₄

Y lo curioso del asunto es que al final, si pudieras mirar el s�lido en un microscopio, comprobar�as que la superficie del grafito se ha vuelto irregular, canales como carreteras por las que hubieran corrido las part�culas met�licas habr�n aparecido. Es como cuando uno hace rodar una pelota pesada sobre una superficie bien lisa de arena, se forma igual un surco. As�, tambi�n las part�culas del metal se mueven cuando el grafito se hidrogena a alta temperatura para formar CH₄.

Zeit�n estaba ya tan furioso que quiso levantarse sin que el barbero terminara su trabajo, pero, al mirarse en el espejo vio que era imposible: el barbero apenas si hab�a efectuado la mitad de su trabajo y a�n daba la impresi�n de persona desaseada. Francamente encolerizado grit�:

—�Barbero endemoniado, quieres terminar de una vez!

Pero el barbero, con una pachorra infinita, empez� a afilar la navaja mientras continuaba:

—No te lo creer�s, pero cuanto te he contado se ha comprobado experimentalmente. Los agregados met�licos, al cambiar de posici�n, cavan surcos rectos. En este caso el mecanismo que se acepta por lo general es que la reacci�n ocurre en la zona de contacto del metal (platino por ejemplo) con el grafito y que la etapa m�s lenta es el rompimiento de los enlaces C-C para separar los �tomos de carbono de la red de grafito.

Entre m�s furioso estaba Zeit�n contra el barbero parlanch�n, que se hab�a empe�ado en que se enterase de lo que son los filamentos de carbono y los surcos que se forman en el grafito, mas segu�a el hombre desarrollando el tema.

—Debo informarte que se han efectuado innumerables trabajos de investigaci�n sobre la oxidaci�n y la reducci�n del grafito, utilizando como catalizadores m�s o menos 40 metales, �xidos met�licos y sales. Se han propuesto mecanismos de reacci�n para explicar los efectos del n�quel, del platino, del paladio, del hierro y del cobre y hasta de algunos metales de transici�n.

Zeit�n desesperado le tom� un brazo al barbero quedando en el aire la navaja con la que lo estaba afeitando, y, as�, le dijo:

—Barbero parlanch�n, o te apresuras o con esta misma navaja te corto una oreja.

El barbero se asust� de momento y apresuradamente reanud� su trabajo. Pero pasado el susto y viendo que Zeit�n se tranquilizaba continu� con su explicaci�n:

—Se han utilizado como reactivos oxidantes combinaciones de ox�geno, vapor y CO₂ y como medio reductor usualmente el hidr�geno y, como vio que Zeit�n cabeceaba y que le faltaba poco para terminar, prosigui�:

—Durante la gasificaci�n, las part�culas activas catal�ticamente se trasladan continuamente o bien permanecen en contacto con nuevas porciones del sustrato de carb�n. As�, se forman canales pero tambi�n pueden aparecer pozos o t�neles. Lo que se conoce m�s com�nmente son los canales. La direcci�n est� dada por el plano del carb�n; que depende del plano cristalogr�fico de la part�cula de metal que est� en contacto con el grafito (Figura 19).

 

Figura 19. Micrograf�a de un cristal de grafito en la que se observan canales debidos a la oxidaci�n a alta temperatura. Estos canales son el camino de las part�culas met�licas que se mueven. La imagen se obtuvo en un microscopio (X250).

Y, moviendo lentamente las tijeras precis�: —Es as� como, en el caso de la hidrogenaci�n del grafito, las part�culas de platino que se encuentran al final de los canales tienen generalmente la cara (110) en contacto con el grafito, mientras que las part�culas que no se mueven presentan la cara (111).

—Deja ya de hablar; pon atenci�n en lo que haces y no me vayas a cortar. Termina de una vez, barbero parlanch�n.

—La energ�a de activaci�n que se obtiene en la hidrogenaci�n es de 37 k cal/mol en un intervalo de temperatura que va de 750 a 950�C y el orden de reacci�n es de 2.7.

Zeit�n vio el reloj avanzar aceleradamente, y al barbero sin la menor intenci�n de terminar, ya que lo hab�a cubierto con una toalla h�meda y segu�a hablando.

—Si en lugar de hidr�geno se utiliza ox�geno —dijo— las part�culas de metal no cavan surcos y adem�s no presentan ninguna estructura t�pica.

Fue entonces que Zeit�n le tir� la toalla a la cabeza en gesto de impaciencia y se levant� con intenci�n de retirarse. El barbero con toda calma lo tom� por los hombros y lo sent� de nuevo para continuar su trabajo y por supuesto su relato.

—Como veo que el tema de los canales en el grafito, no te apasiona, voy a volver a hablarte de los filamentos. Aunque hay gran cantidad de formas reportadas para los filamentos graf�ticos y para las part�culas que se encuentran en el extremo, he de decir que a m� me recuerdan la de tus cabellos, Zeit�n, es decir delgados y con la punta un poco enroscada (Figura 20). Claro, en los filamentos, al final est� la part�cula de metal que es como un cono truncado. Debo resaltar que algunos filamentos son dobles probando que la part�cula del metal que los genera est� formada por dos cristalitos c�nicos. Sobre la cara superior de dichos conos (la (111), para metales (fcc) s�lo se observaba un capa muy delgada de carb�n amorfo y en los lados es donde est� adherido el grafito (Figura 20). Las energ�as de activaci�n medidas, para varios metales y gases, son siempre iguales a la energ�a de activaci�n necesaria para difundir carb�n en el metal correspondiente.

Figura 20. Filamentos observados en el microscopio.

Zeit�n ten�a que estar presentable para visitar a la hija del cad� antes de que terminase la conferencia de Al Raschid. As� que, decidido a irse, se levant� y se mir� al espejo y �oh sorpresa!, ten�a s�lo la mitad de la cabeza arreglada. De muy mal modo se sent� y esper� a que el barbero terminara; �ste, en lugar de apresurarse, empez� con lo siguiente:

—En el caso del sistema Pt/C y, por medio de medidas termodin�micas, se ha podido calcular la energ�a de activaci�n para la reacci�n del grafito en las distintas atm�sferas gaseosas. El, mecanismo generalmente aceptado para el crecimiento de los filamentos de carb�n sigue los siguientes pasos (Figura 21).

Figura 21. Mecanismos de formaci�n de los filamentos graf�ticos y de los canales en el grafito por la presencia de part�culas met�licas.

a) Adsorci�n del gas en la superficie del metal seguido por una reacci�n de descomposici�n originando una capa de carbono qu�micamente adsorbida.

b) Disoluci�n y difusi�n de especies de carbono a trav�s de la part�cula del metal.

c) Precipitaci�n de las especies de carbono para formar el cuerpo del filamento.

Puede ser que las especies de carbono implicadas en este proceso sean qu�micamente diferentes. El proceso inverso explica la aparici�n de los canales (Figura 21).

Al terminar el barbero esta parrafada, Zeit�n no pudo m�s, salt�, arroj� la toalla que ten�a en el pecho, lanz� mil insultos al barbero y sali� corriendo. En la puerta escuch� los aplausos que se�alaban el final de la conferencia. Por lo tanto, ya no era hora de visitar a la hija del cad�, ya que su padre estar�a a punto de regresar. El barbero, con mucha calma trat� de tranquilizarlo.

—Todo pas�, no te encolerices y ent�rate con calma de todo lo que se sabe acerca de los filamentos de grafito. Mientras tanto terminar� de arreglarte. No s� de qu� te quejas, as� matar�s dos p�jaros de un tiro. Mucho es que te instruyas mientras quedas limpio, afeitado y peinado. No puedes pretender adem�s visitar a la vez a la bella hija del cad�. Entiende que se debe uno dar tiempo para cada cosa.

Lo que nunca supo Zeit�n es que el cad�, al tanto de los planes de Zeit�n, hab�a contratado al barbero para que lo entretuviera y le impidiera salir mientras durara la conferencia. Y as� termina la triste historia de los amores contrariados de Zeit�n y de la bella hija del cad�.

Pero estos asuntos de metales y carbones me recuerdan un cuento que gira alrededor de lo que es el acero y de c�mo se obtiene.

GLOSARIO

acetileno. Hidrocarburo gaseoso que se obtiene por la acci�n de agua sobre el carburo de calcio y se emplea para el alumbrado.

cara cristalina. Espacio o superficie que da la forma de un cristal.

catalizador. Cuerpo cuya presencia basta para modificar la velocidad con que reaccionan otros dos cuerpos.

�ndices de Miller. La posici�n de un plano en el espacio puede ser representada por tres puntos en un sistema de coordenadas X, Y y Z. Los �ndices de Miller son el rec�proco de la intersecci�n del plano con los ejes de dicho sistema de coordenadas.

medio reductor. Ambiente por medio del cual se le quita ox�geno a un cuerpo que lo contiene.

metal fcc. Aquel que tiene una estructura c�bica centrada en las caras.

orden de reacci�n. Los pasos intermedios que controlan la cin�tica de una reacci�n son el orden de la reacci�n. Est� en relaci�n con el n�mero de mol�culas que intervienen en la reacci�n.

oxidar. Combinar el ox�geno con otro cuerpo, convertirlo en �xido.

reactivo oxidante. Sustancia qu�mica que oxida o sirve para oxidar.