El carbono se encuentra en la naturaleza tanto en estado libre como combinado con otros elementos. Puede aparecer como diamante, grafito o carbono amorfo, pero también formando dióxido de carbono, carbonatos, combustibles fósiles y las moléculas que componen a todos los seres vivos.
Esta variedad se debe a la capacidad del carbono para unirse consigo mismo y con elementos como el oxígeno, el hidrógeno, el nitrógeno o el calcio. Gracias a ella puede formar desde cristales extremadamente duros hasta gases, rocas, tejidos vivos y sustancias energéticas.
Formas principales del carbono en la naturaleza
El carbono natural puede clasificarse en dos grandes grupos:
- Carbono libre o elemental: sus átomos no están unidos químicamente a otros elementos.
- Carbono combinado: forma parte de compuestos orgánicos o inorgánicos.
| Forma del carbono | Ejemplos | Dónde se encuentra |
| Carbono libre cristalino | Diamante y grafito | Rocas profundas, yacimientos y meteoritos |
| Carbono amorfo | Carbón vegetal, hollín y materiales carbonosos | Incendios, combustiones y restos vegetales |
| Óxidos de carbono | Dióxido de carbono y monóxido de carbono | Atmósfera, océanos, volcanes y combustiones |
| Carbonatos y bicarbonatos | Carbonato cálcico y bicarbonato | Calizas, mármol, conchas, corales y agua |
| Compuestos orgánicos | Proteínas, grasas, azúcares y ADN | Todos los seres vivos |
| Hidrocarburos | Petróleo, gas natural y metano | Yacimientos, sedimentos, humedales y seres vivos |
| Combustibles fósiles sólidos | Carbón mineral | Capas sedimentarias del subsuelo |
La mayor parte del carbono terrestre no aparece como una sustancia elemental visible. Se encuentra unido a otros elementos dentro de rocas, océanos, gases y materia orgánica.
Carbono libre o elemental
El carbono libre está formado principalmente por átomos de carbono. Su estructura puede cambiar dependiendo de cómo estén ordenados esos átomos.
Estas distintas estructuras reciben el nombre de formas alotrópicas. Aunque todas contienen el mismo elemento químico, sus propiedades pueden ser completamente diferentes.
Diamante
El diamante es una forma cristalina del carbono. Cada átomo está unido fuertemente a otros cuatro átomos, creando una red tridimensional muy resistente.
Esta disposición explica sus principales características:
- Gran dureza.
- Transparencia en ejemplares puros.
- Elevada resistencia al desgaste.
- Buena conducción del calor.
- Escasa conducción eléctrica.
Los diamantes naturales se forman a gran profundidad, donde existen presiones y temperaturas muy elevadas. Posteriormente pueden llegar cerca de la superficie mediante erupciones volcánicas profundas.
No todos los diamantes se utilizan en joyería. Muchos se destinan a herramientas de corte, perforación y pulido por su dureza.
Grafito
El grafito también está formado únicamente por carbono, pero sus átomos se organizan en capas planas.
Dentro de cada capa, los enlaces son fuertes. Entre una capa y otra, la unión es mucho más débil, por lo que pueden deslizarse con facilidad.
Esta estructura hace que el grafito sea:
- Blando.
- Oscuro.
- Lubricante.
- Buen conductor de la electricidad.
- Capaz de dejar marcas sobre el papel.
El material de las minas de los lápices contiene principalmente grafito mezclado con arcilla. No contiene plomo, pese a que tradicionalmente se haya utilizado esa palabra para referirse a la mina.
El grafito se encuentra en rocas metamórficas y en algunos depósitos formados a partir de materia rica en carbono sometida a presión y temperatura.
Diferencias entre diamante y grafito
| Propiedad | Diamante | Grafito |
| Composición | Carbono | Carbono |
| Estructura | Red tridimensional | Capas planas |
| Dureza | Muy elevada | Baja |
| Aspecto | Transparente o coloreado | Gris oscuro o negro |
| Conductividad eléctrica | Muy baja | Elevada |
| Usos | Joyería, corte y perforación | Lápices, electrodos y lubricantes |
La comparación muestra una característica fundamental de la química: la estructura de una sustancia puede ser tan importante como su composición.
Diamante y grafito contienen el mismo tipo de átomos, pero su organización interna les proporciona propiedades opuestas.
Carbono amorfo
El carbono amorfo no presenta una estructura cristalina regular como la del diamante o el grafito.
En la práctica, muchos materiales llamados carbono amorfo contienen regiones microscópicas ordenadas, impurezas y otros elementos. Por eso no suelen ser carbono completamente puro.
Entre sus manifestaciones naturales o derivadas de procesos naturales se encuentran:
- Hollín.
- Carbón vegetal.
- Materiales carbonizados.
- Residuos de incendios.
- Partículas producidas por combustión incompleta.
El hollín se forma cuando una sustancia rica en carbono arde sin suficiente oxígeno. Está compuesto por partículas muy pequeñas que pueden permanecer suspendidas en el aire.
El carbón vegetal se obtiene cuando la madera se calienta con poco oxígeno. Conserva una elevada proporción de carbono, pero también contiene minerales y otras sustancias.
Otras formas naturales poco frecuentes
Existen otras estructuras del carbono mucho menos comunes.
La lonsdaleíta, conocida como diamante hexagonal, puede formarse en condiciones extremas asociadas al impacto de meteoritos. Su estructura es diferente de la del diamante ordinario.
También se han encontrado cantidades muy pequeñas de fullerenos en determinados minerales, meteoritos, llamas y ambientes sometidos a procesos energéticos intensos.
El grafeno consiste en una sola capa de átomos de carbono dispuestos en forma de red hexagonal. Las capas individuales de grafeno forman parte de la estructura del grafito, aunque encontrar grandes láminas naturales aisladas resulta poco habitual.
Carbono combinado
La mayor parte del carbono presente en la Tierra aparece combinada químicamente con otros elementos.
Puede formar compuestos inorgánicos, como el dióxido de carbono y los carbonatos, o compuestos orgánicos, como los azúcares, las grasas y las proteínas.
La frontera entre compuesto orgánico e inorgánico no depende únicamente de que contenga carbono. El dióxido de carbono, el carbonato cálcico y el bicarbonato son compuestos inorgánicos pese a incluir este elemento.
Dióxido de carbono en la atmósfera
El dióxido de carbono, cuya fórmula es CO₂, es una de las formas más conocidas del carbono.
Se encuentra en la atmósfera y se produce mediante procesos naturales como:
- Respiración de los seres vivos.
- Descomposición de materia orgánica.
- Actividad volcánica.
- Incendios forestales.
- Intercambio entre océano y aire.
- Combustión de materiales carbonados.
Las plantas, las algas y determinados microorganismos captan CO₂ durante la fotosíntesis. Utilizan su carbono para fabricar moléculas orgánicas y liberan oxígeno.
El dióxido de carbono también contribuye al efecto invernadero natural, que ayuda a mantener una temperatura compatible con la vida. Su acumulación excesiva intensifica ese efecto y altera el equilibrio climático.
Carbono disuelto en mares y océanos
Los océanos contienen una gran cantidad de carbono disuelto.
Cuando el dióxido de carbono entra en contacto con el agua, puede participar en varias reacciones y encontrarse como:
- CO₂ disuelto.
- Ácido carbónico.
- Iones bicarbonato.
- Iones carbonato.
El bicarbonato es una de las formas más abundantes del carbono inorgánico disuelto en el agua marina.
Estos compuestos intervienen en el equilibrio químico de los océanos y proporcionan material a organismos que fabrican conchas, esqueletos o estructuras calcáreas.
La proporción entre CO₂, bicarbonato y carbonato depende de factores como la acidez, la temperatura y la composición del agua.
Carbonatos en rocas y minerales
Una enorme cantidad de carbono se encuentra almacenada en la corteza terrestre formando carbonatos.
El más conocido es el carbonato cálcico, con fórmula CaCO₃. Está presente en:
- Piedra caliza.
- Mármol.
- Creta.
- Estalactitas.
- Estalagmitas.
- Conchas.
- Corales.
- Caparazones de algunos organismos.
La piedra caliza puede originarse mediante acumulación de restos de organismos marinos o por precipitación química.
El mármol se forma cuando una roca caliza experimenta presión y temperatura durante un proceso metamórfico.
Otros minerales carbonatados importantes son:
- Dolomita.
- Magnesita.
- Siderita.
- Malaquita.
Las rocas carbonatadas constituyen uno de los principales almacenes de carbono a largo plazo del planeta.
Carbono en los seres vivos
El carbono es uno de los elementos básicos de la materia orgánica.
Su capacidad para formar cuatro enlaces permite construir cadenas, anillos y estructuras tridimensionales muy variadas. Esta versatilidad explica que sea la base química de la vida conocida.
Está presente en:
- Hidratos de carbono, como glucosa, almidón y celulosa.
- Lípidos, como grasas, aceites y ceras.
- Proteínas, formadas por aminoácidos.
- Ácidos nucleicos, como ADN y ARN.
- Vitaminas.
- Hormonas.
- Pigmentos.
- Membranas celulares.
Las plantas obtienen el carbono principalmente del dióxido de carbono atmosférico. Los animales lo incorporan al alimentarse de plantas o de otros animales.
Cuando un organismo respira, elimina parte de ese carbono en forma de CO₂. Cuando muere, los descomponedores transforman sus restos y devuelven carbono al suelo, al agua y a la atmósfera.
Carbono en el suelo
Los suelos almacenan carbono tanto en materiales orgánicos como inorgánicos.
El carbono orgánico del suelo procede de:
- Raíces.
- Hojas.
- Restos de animales.
- Microorganismos.
- Excrementos.
- Materia vegetal en descomposición.
- Humus.
El humus es una mezcla compleja y relativamente estable de sustancias orgánicas transformadas por organismos del suelo.
Una parte del carbono se libera mediante la respiración de raíces y microorganismos. Otra puede permanecer almacenada durante años, décadas o periodos mucho más largos.
En regiones secas también puede acumularse carbono inorgánico en forma de carbonatos dentro del suelo.
Carbón mineral
El carbón mineral se formó a partir de grandes acumulaciones de restos vegetales enterrados y transformados durante millones de años.
La presión, la temperatura y el tiempo provocaron una pérdida progresiva de agua y sustancias volátiles, aumentando la proporción de carbono.
Los principales tipos son:
| Tipo de carbón | Contenido relativo de carbono | Características |
| Turba | Bajo | Material vegetal parcialmente descompuesto |
| Lignito | Moderado | Pardo, húmedo y de menor poder energético |
| Hulla | Alto | Negro y con mayor capacidad calorífica |
| Antracita | Muy alto | Dura, brillante y rica en carbono |
El carbón mineral no es carbono puro. Contiene hidrógeno, oxígeno, azufre, nitrógeno, agua y materia mineral en proporciones variables.
La turba representa una fase inicial del proceso, aunque no siempre se clasifica estrictamente como carbón mineral consolidado.
Petróleo
El petróleo es una mezcla natural de hidrocarburos líquidos y otras sustancias.
Se originó principalmente a partir de materia orgánica acumulada en antiguos fondos marinos y lacustres. El enterramiento, la presión y la temperatura transformaron esos restos durante largos periodos geológicos.
Los hidrocarburos están formados por:
- Carbono.
- Hidrógeno.
El petróleo puede contener además pequeñas cantidades de azufre, nitrógeno, oxígeno y metales.
No es una forma pura de carbono, sino una mezcla de numerosos compuestos que tienen este elemento como parte fundamental de su estructura.
Gas natural y metano
El gas natural está formado principalmente por metano, cuya fórmula es CH₄.
El metano contiene un átomo de carbono unido a cuatro átomos de hidrógeno.
Puede producirse de dos maneras principales:
- Transformación geológica de materia orgánica enterrada.
- Actividad de microorganismos en ambientes sin oxígeno.
El metano aparece de manera natural en:
- Yacimientos subterráneos.
- Pantanos.
- Sedimentos.
- Fondos marinos.
- Vertederos.
- Aparato digestivo de algunos animales.
- Zonas de deshielo.
- Hidratos de gas.
En determinados fondos oceánicos y regiones frías puede quedar atrapado dentro de estructuras de hielo denominadas hidratos de metano.
Carbono en la madera y la vegetación
La madera contiene carbono principalmente en forma de celulosa, hemicelulosa y lignina.
Las plantas captan carbono de la atmósfera durante la fotosíntesis y lo incorporan a sus tejidos.
Este carbono permanece almacenado mientras la planta vive y puede continuar retenido en la madera después de ser talada.
Cuando la madera:
- Se descompone, el carbono vuelve al suelo y a la atmósfera.
- Arde, gran parte se libera como dióxido de carbono.
- Se transforma en carbón vegetal, queda concentrado en un material rico en carbono.
- Se conserva durante mucho tiempo, mantiene temporalmente parte del carbono almacenado.
Los bosques forman así un componente esencial del intercambio de carbono entre la atmósfera, la biosfera y el suelo.
Carbono en animales y seres humanos
El cuerpo de los animales y de los seres humanos contiene carbono en todas sus células.
Este elemento forma parte de:
- Músculos.
- Grasa corporal.
- Huesos.
- Sangre.
- Piel.
- Órganos.
- Hormonas.
- Enzimas.
- Material genético.
Incluso los huesos contienen carbono. Parte se encuentra en proteínas como el colágeno y otra en los carbonatos presentes en su componente mineral.
El carbono que forma el cuerpo procede de los alimentos. Las plantas lo captaron previamente del CO₂, de modo que existe una conexión directa entre la atmósfera, la alimentación y los tejidos vivos.
Monóxido de carbono
El monóxido de carbono, con fórmula CO, se produce cuando una sustancia que contiene carbono arde con poco oxígeno.
Puede generarse naturalmente en:
- Incendios forestales.
- Erupciones volcánicas.
- Oxidación de metano.
- Procesos atmosféricos.
- Actividad de determinados microorganismos.
También se produce por motores, calefacciones o combustiones defectuosas.
Es un gas tóxico porque se une a la hemoglobina e impide que la sangre transporte oxígeno con normalidad.
Su presencia natural es mucho menor que la del dióxido de carbono y suele transformarse mediante reacciones atmosféricas.
Dónde se almacena el carbono en la Tierra
El carbono se distribuye entre varios grandes depósitos o reservorios.
| Reservorio | Formas principales |
| Atmósfera | Dióxido de carbono y metano |
| Biosfera | Moléculas orgánicas de los seres vivos |
| Suelos | Humus, restos orgánicos y carbonatos |
| Océanos | CO₂ disuelto, bicarbonatos, carbonatos y materia orgánica |
| Corteza terrestre | Rocas carbonatadas, carbón, petróleo y gas |
| Sedimentos | Restos orgánicos y minerales carbonatados |
La litosfera, formada por las rocas y sedimentos de la corteza, contiene la mayor reserva de carbono a largo plazo.
La atmósfera almacena una cantidad menor, pero sus cambios tienen efectos rápidos sobre el clima y los seres vivos.
Cómo circula el carbono por la naturaleza
El carbono no permanece siempre en el mismo lugar. Se desplaza mediante el ciclo del carbono.
Este ciclo conecta aire, agua, suelo, rocas y organismos.
Fotosíntesis
Las plantas, algas y algunos microorganismos captan dióxido de carbono.
Utilizan la energía luminosa para convertirlo en materia orgánica. De este modo, el carbono pasa de la atmósfera o del agua a los seres vivos.
Alimentación
Los animales obtienen carbono al consumir plantas u otros animales.
Ese carbono se incorpora a sus tejidos o se utiliza para obtener energía.
Respiración
Los organismos degradan moléculas orgánicas para liberar energía.
Una parte del carbono vuelve al medio en forma de dióxido de carbono.
Descomposición
Hongos, bacterias y otros organismos descomponen los restos de seres vivos.
El proceso libera CO₂ o metano y deja parte del carbono almacenado en el suelo.
Combustión
Cuando arden madera, carbón, petróleo o gas, el carbono se combina principalmente con oxígeno.
La mayor parte se libera como dióxido de carbono. Si la combustión es incompleta, también pueden producirse monóxido de carbono y hollín.
Intercambio con los océanos
El océano absorbe y libera dióxido de carbono continuamente.
Una parte permanece disuelta, otra es utilizada por organismos y otra termina incorporada a sedimentos carbonatados.
Sedimentación
Conchas, esqueletos y partículas ricas en carbono pueden depositarse en el fondo marino.
Con el tiempo, estos materiales pueden formar rocas sedimentarias.
Actividad geológica
El carbono almacenado en rocas puede regresar a la atmósfera mediante volcanes y procesos tectónicos.
Este recorrido es mucho más lento que el intercambio biológico y atmosférico.
Formas orgánicas e inorgánicas del carbono
La clasificación entre carbono orgánico e inorgánico ayuda a comprender su diversidad.
| Carbono orgánico | Carbono inorgánico |
| Azúcares | Dióxido de carbono |
| Grasas | Monóxido de carbono |
| Proteínas | Carbonatos |
| ADN y ARN | Bicarbonatos |
| Celulosa | Ácido carbónico |
| Petróleo | Minerales carbonatados |
| Metano | Carbono elemental |
El metano y los hidrocarburos se consideran compuestos orgánicos por su estructura química, aunque se encuentren en yacimientos sin formar parte de un ser vivo actual.
El carbono elemental tampoco se clasifica como compuesto orgánico o inorgánico, porque no está combinado con otro elemento.
El carbono no siempre tiene aspecto negro
Es frecuente asociar el carbono con el carbón o el grafito, pero muchas sustancias que contienen carbono no son negras.
Algunos ejemplos son:
- El diamante puede ser transparente.
- El dióxido de carbono es un gas incoloro.
- El carbonato cálcico suele ser blanco.
- El azúcar forma cristales blancos.
- El metano es incoloro.
- La celulosa puede formar fibras claras.
- Muchos aceites son transparentes o amarillentos.
El color depende de la estructura completa de la sustancia, no de la simple presencia de carbono.
Diferencia entre carbono, carbón y dióxido de carbono
Estos términos no significan lo mismo.
Carbono
Es un elemento químico, representado por el símbolo C.
Puede formar numerosas sustancias y compuestos.
Carbón
Es un material rico en carbono, pero normalmente contiene otros elementos y minerales.
Puede ser carbón mineral o carbón vegetal.
Dióxido de carbono
Es un compuesto químico formado por un átomo de carbono y dos de oxígeno.
Su fórmula es CO₂ y se encuentra en estado gaseoso en condiciones ambientales normales.
Respuesta breve para estudiar
El carbono aparece en la naturaleza de dos maneras principales:
En estado libre:
- Diamante.
- Grafito.
- Carbono amorfo.
- Formas raras como la lonsdaleíta.
Combinado con otros elementos:
- Dióxido de carbono en la atmósfera.
- Carbonatos y bicarbonatos en rocas y aguas.
- Moléculas orgánicas en los seres vivos.
- Carbón mineral.
- Petróleo.
- Gas natural.
- Metano.
- Materia orgánica del suelo.
La forma más fácil de recordarlo es relacionarlo con cinco grandes lugares: aire, agua, rocas, seres vivos y combustibles fósiles.
El carbono puede ser un cristal transparente, una capa oscura de grafito, un gas atmosférico, una roca caliza o una molécula del ADN. Esa diversidad revela por qué ocupa una posición central en la química de la Tierra: no permanece encerrado en una sola sustancia, sino que conecta la geología, los océanos, la atmósfera y toda la vida del planeta.
