¿Por qué el grafito conduce la corriente eléctrica y el diamante no?

El diamante y el grafito son variedades alotrópicas naturales del elemento químico carbono. Sin embargo, esos dos materiales poseen características y propiedades distintas, conforme se puede ver en la siguiente tabla:

Propiedades del grafito y el diamante

Observemos que una de las diferencias más destacadas entre el grafito y el diamante es el hecho de el grafito conducir la corriente eléctrica – y hasta ser usado como electrodo en algunas reacciones de oxirreducción, como en electrolisis – y el diamante no. Ya en lo que dice al respecto de la conducción térmica sucede lo contrario

¿Cómo pueden ser tan diferentes si ambos son hechos solamente de carbono? Y ¿cómo explica el hecho de que el grafito sea conductor de corriente eléctrica y el diamante no, siendo que él conduce el calor? La respuesta radica en el tipo de conexión que existe entre los carbonos y el arreglo cristalino de los átomos en el espacio.

En el caso del grafito, los átomos de carbono forman anillos hexagonales contenidos en un mismo espacio plano, formando láminas que se mantienen juntas por fuerzas de atracción mutua. Esas láminas se superponen unas a otras, permitiendo una especie de deslizamiento o desplazamiento de los planos. Eso explica por qué el grafito posee poca dureza, pues esa propiedad facilita el desgaste del sólido. En virtud de esa propiedad, el grafito es usado como lubricante en engranajes y cojinetes. Veamos a continuación su estructura:

Estructura espacial de diamante y grafito © Wikimedia Commons

Observemos los anillos hexagonales formados. En ellos está la respuesta de por qué el grafito conduce electricidad: en los anillos hexagonales existen dobles enlaces o enlaces pi (π), conjugados, que permiten la migración de electrones. Además, los carbonos asumen una hibridación sp2 (plana), formando, como ya se ha dicho, hojas superpuestas como colmenas, esto es, que están paralelas; y enlaces en planos diferentes, que son más débiles, permitiendo el movimiento de electrones entre los planos, es decir, ocurre la transferencia de la electricidad.

En el caso del diamante, cada átomo de carbono está conectado a otros cuatro átomos del mismo elemento químico, no contenidos en un mismo plano. Tengamos en cuenta que el diamante no tiene enlaces dobles, pero sus carbones poseen hibridación sp3 (tetraédrico), así que sus cristales son arreglos de esos tetraedros, cuya conformación atómica dificulta el tránsito de los electrones de modo lineal y, por tanto, hace al diamante un mal conductor de electricidad.

Otro punto es que, mientras que el diamante tiene una estructura con pocos fallos y muy bien ‘amarrada’, por así decirlo, él conduce la energía cinética – expresada por el calor – con una velocidad muy alta; por eso, el diamante es un buen conductor térmico y un mal conductor eléctrico.