determinación del carbono
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DETERMINACIÓN DEL CARBONO
NICOLÁS FONSECA MORA
COD: 2013071008
SANDRA LILIANA LOPEZ NIÑO
COD: 2014071003
YURY LORENA GÓMEZ
COD: 2011071004
DOCENTE QUIMICA ORGANICA:
IVAN TELLEZ LOPEZ
FUNDACIÓN UNIVERSITARIA INTERNACIONAL DEL TROPICO AMERICANO
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA AGROFORESTAL
EL YOPAL
2015
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Tabla de contenido1. INTRODUCCIÓN..........................................................................................................................4
2. OBJETIVOS..................................................................................................................................5
2.1. OBJETIVO GENERAL............................................................................................................5
2.2. OBJETIVO ESPECIFICOS.......................................................................................................6
3. MARCO TEORICO........................................................................................................................6
3.1. Historia del carbono...........................................................................................................6
3.2. ¿Qué es un carbono?..........................................................................................................7
3.3. ¿Dónde se obtiene el carbono?..........................................................................................7
3.3.1.1. Grafito:...................................................................................................................7
3.3.1.2. Diamante:...............................................................................................................7
3.4. Compuestos del carbono....................................................................................................7
3.4.1.1. Monóxido de carbono (CO):...................................................................................7
3.4.1.2. Dióxido de carbono (CO2):......................................................................................8
3.5. Tipos de carbono................................................................................................................8
3.5.1.1. Turba......................................................................................................................8
3.5.1.2. Lignito.....................................................................................................................8
3.5.1.3. Hulla.......................................................................................................................8
3.5.1.4. Antracita.................................................................................................................9
3.6. Propiedades químicas del carbono.....................................................................................9
3.7. Hibridación de carbono....................................................................................................10
3.8. Orbitales.......................................................................................................................10
3.8.1.1. Hibridación sp2......................................................................................................11
3.8.1.2. Hibridación sp3......................................................................................................11
3.9. Alotropos..........................................................................................................................11
3.9.1.1. Grafito..................................................................................................................11
3.9.1.2. Diamante..............................................................................................................11
3.9.1.3. Fulero...................................................................................................................12
3.10. Aplicaciones..................................................................................................................12
4. Diagrama de flujo.....................................................................................................................14
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5. Resultados................................................................................................................................15
5.1. Almidón............................................................................................................................15
5.2. Gasolina............................................................................................................................15
5.3. Alcohol..............................................................................................................................16
5.4. Madera.............................................................................................................................16
5.5. Azúcar...............................................................................................................................17
5.6. Papel.................................................................................................................................17
5.7. Alcanfor............................................................................................................................18
6. Análisis de resultados...............................................................................................................18
6.1. Almidón............................................................................................................................18
6.2. Gasolina............................................................................................................................18
6.3. Alcohol..............................................................................................................................19
6.4. Madera.............................................................................................................................19
6.5. Azúcar...............................................................................................................................19
6.6. Papel.................................................................................................................................19
6.7. Alcanfor............................................................................................................................20
7. Conclusiones............................................................................................................................20
7.1. Conclusión general...........................................................................................................20
7.2. Conclusiones específicos..................................................................................................20
8. Bibliografía...............................................................................................................................20
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1. INTRODUCCIÓNEl carbono es un elemento con mucha cantidad en el planeta tierra. Los átomos de carbono se unen entre sí formando largas cadenas que sirven de base para construir otras moléculas más complejas. Esta facilidad para enlazar moléculas es lo que permitió la evolución de los organismos vivos. En la tierra se dio una combinación de grandes cantidades de carbono y agua, que influyeron para dar el origen de la vida. Es por eso que el carbono es la base química de la vida(Astronomia, 2004).
El carbón es un sólido oscuro, estratificado y combustible, resultado de la acumulación y enterramiento de materia vegetal desde las primitivas eras geológicas. Estos depósitos se convierten en carbono a través de procesos biológicos. El carbón se caracteriza por ser el combustible fósil de mayor abundancia en el planeta. En la época primitiva se había desgasificado en un 75%, la cantidad de carbono emitido en aquella época equivaldría a una presión de C02 de 45 atmosferas (Miguel, 2011).
La utilización como combustible puede remontarse 1000 años atrás antes de Cristo en China. Existen referencias históricas de su utilización por griegos y romanos alrededor de 400 años antes de Cristo. La minería del carbono fue de origen Alemana, con eso se produjo una cantidad alarmante de bosques nativos de Europa.
El uso de hidrocarburos y combustibles fósiles por parte del hombre rompe el equilibrio del ciclo del carbono. El dióxido de carbono vuelve a la atmosfera a un ritmo mucho mayor que su ritmo natural. Se acumula, y produce el efecto invernadero, y puede provocar y acelerar un cambio climático. Ya que la Tierra ya se volvió estas situaciones en el pasado, y dio dé lugar a grandes extinciones.
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2. OBJETIVOS
2.1. OBJETIVO GENERAL Comprobar la presencia del elemento carbono en las sustancias orgánicas
2.2. OBJETIVO ESPECIFICOS Identificar las propiedades de la madera y otros materiales en la combustión y
desprendimiento del carbón Reconocer los cambios de materia orgánica al momento de trasformar en carbono.
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3. MARCO TEORICO
3.1. Historia del carbonoHace aproximadamente 300 millones de años se formó gran parte del carbón mineral que existe en nuestro planeta. Esto ocurrió en el paleozoico superior, en el periodo llamado carbonífero, aunque también durante los periodos pérmico, cretácico, jurásico, triásico, pleoceno y mioceno se formaron grandes yacimientos carboníferos.
El carbón se formó a partir de la descomposición anaeróbica de materia orgánica, principalmente plantas superiores terrestres (a diferencia del petróleo, que es de origen marino). Debido a la acción de las bacterias anaeróbicas, la materia orgánica fue ganando carbono y perdiendo oxígeno e hidrógeno; este proceso, aunado a los incrementos de presión y temperatura con el paso del tiempo, provocaron cambios físicos y químicos en los restos orgánicos y los transformaron en lo que hoy conocemos como carbón. (Historia del Carbono, 2013)
Ya en 1707 Newton Predijo que el diamante debía ser combustible, en 1772 Lavoisier quemó diamante en oxígeno y demostró que se había formado dióxido de carbono (CO 2) y en 1797 Smithson Tennant demostró que el diamante es carbono puro.
3.2. ¿Qué es un carbono?El carbono es un elemento químico 6. Es solido a temperatura ambiente. Dependiendo de las condiciones de formación puede encontrarse en la naturaleza en forma cristalina, como el diamante. Es el pilar básico de la química orgánica y forma parte de todos los seres vivos.
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3.3. ¿Dónde se obtiene el carbono?El carbono se encuentra, frecuentemente muy duro en la naturaleza, en estado elemental, en las formas alotrópicas diamante y grafito. El material natural más rico en carbono es el carbón.
3.3.1.1. Grafito: Se encuentra en algunos yacimientos naturales muy duro. Se obtienen artificialmente por descomposición de carburo de silicio en un horno eléctrico.
3.3.1.2. Diamante: Existen en la naturaleza, en el seno de rocas eruptivas y en el fondo de mar.
3.4. Compuestos del carbonoEl carbono forma dos óxidos principales:
3.4.1.1. Monóxido de carbono (CO):Se forma cuando se quema carbono o hidrocarburos con unos suministros limitado de oxígeno.
2 C(s) + O2(g) 2 CO(g)
Este es un gas incoloro inodoro insípido. Es tóxico a causa de su capacidad para unirse a la hemoglobina e interferir así en el trasporte del oxígeno. Tiene varios usos comerciales. Puesto que arde fácilmente para formar CO2 se emplea como combustible:
2 CO(G) + O2(g) 2 CO2(g)
También es un agente reductor simple, ampliamente usado en operaciones metalúrgicas para reducir óxidos metálicos. Por ejemplo, es el agente reductor más importante en la reducción de óxidos en hornos de función:
Fe3O4(s) + 4 CO(g)= 3 Fe(s) + 4 CO2(g)(Babor & Aznárez, 1969)
3.4.1.2. Dióxido de carbono (CO2):Es un gas incoloro e inodoro. Es un componente secundario de la atmosfera terrestre pero contribuye en forma importante al llamado efecto invernadero. Aunque no es toxico, altas concentraciones aumentan el ritmo de la respiración y puede causar asfixia.El CO2 sólido se lo conoce como hielo seco, de ahí que aproximadamente la mitad del dióxido de carbono que se consume cada año es utilizado para refrigeración. (Babor &Aznárez, 1969)
3.5. Tipos de carbonoSegún las presiones y temperaturas que los hayan formado distinguimos distintos tipos de carbón: turba, lignito, hulla y antracita. Cuantas más altas son las presiones y temperaturas, se origina un carbón más compacto y rico en carbono y con mayor poder calorífico.
3.5.1.1. TurbaEs el de peor calidad y por tanto el que menos proporción de carbono tiene (apenas el 55%). Es el primer carbón que se forma tiene un color verde parduzco y el en momento de su extracción
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todavía contiene mucho agua, por eso debe ser secado antes de usarse como combustible. Cuando arde deprende mucho humo y cenizas. Se usa como combustible de baja calidad, en jardinería para mejorar los suelo por su alta capacidad de retener el agua e incluso para pintar.(Llorente, 2000).
3.5.1.2. LignitoCuando la turba se va comprimiendo se va formando el lignito. Es de color negro y suele tener una textura similar a la de la madera de la que procede. Tiene un porcentaje en carbono entre el 60% y 75%. Es un combustible de calidad media. Se usa para combustible para generar electricidad.(Llorente, 2000).
3.5.1.3. HullaLa hulla contiene entre el 75 % y 85% en carbono y es duro, negro, opaco y graso. Se forma cuando se comprimen las capas de lignito en la era primaria y es el tipo de carbón más abundante y llamado carbón de piedra más utilizado. Posee un alto poder calorífico y es por eso que se utiliza principalmente para las centrales térmicas en la producción de electricidad. También se usa para producir carbón de coque usado en los altos hornos. La elaboración de coque genera a su vez muchos derivados que se utilizan en la industria química; benceno, nafteno, fenoles, etc. (Llorente,2000).
3.5.1.4. AntracitaProcede de la trasformación de la hulla. Es el mejor de todos los tipos de carbones con un 95%. Es el menos contaminante y el que tiene mayor poder calorífico. Es negro brillante y muy duro. Se usa en las calderas de calefacción para las viviendas y para generar electricidad, pero debido a su coste está siendo desplazo par el gas natural. Su uso principal hoy en día es para producir coque.(Llorente, 2000).
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Tabla características medias de los combustibles
TipoAnalisi elemental
C% H% O% TotalTurbas 59.3 5.7 35 100Lignitos 70 5.5 24.5 100Hullas 80 13 7 100Antracitas 95.5 2.5 2 100
3.6. Propiedades químicas del carbono Se combina con metales y metaloides, origina diversidad de compuestos sólidos, líquidos y
gaseosos Al combinarse con metales forma hidruros Al combinarse con el hidrogeno forma diferentes compuestos llamados hidrocarburos Al combinarse con el azufre forma un líquido de olor a coles podridos muy usados como
disolventes
El sulfuro de carbono con el cloro forma el CCl4 un líquido de gran poder disolvente Es combustible, se combina con el oxígeno con desprendimiento de luz y calor por lo que
se emplea como fuente artificial de calor Forma largas cadenas, tiene 4 electrones de valencia, forma ramificaciones Es solido a temperatura ambiente El carbono es el principal componente de la materia orgánica El carbono es un elemento único en la química por que forma un numero de compuestos
mayor que la suma total de todos los otros elementos combinados El carbono es un elemento químico de aspecto negro (grafito) Incoloro (diamante) y
pertenece al grupo de los no metales
3.7. Hibridación de carbonoEs cuando se mezcla el orden de electrones entre orbitales creando una configuración electrónica nueva. La hibridación es la mezcla de orbitales apropiados para crear enlaces.
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3.8. Orbitales
3.8.1.1. Hibridación sp2
Estos átomos se conforman de hibridación sp2 pueden formar compuestos con enlaces dobles. Forman un ángulo de 120° y su molécula es de forma plana. A los enlaces simples se les conoce como enlaces sigma (III) y los enlaces dobles están compuestos por un enlace sigma y un enlace π (III).
Tridimensionalmente, la distancia entre un hidrogeno y otro en algún carbono del etileno son equivalentes e iguales a un ángulo de 120°
3.8.1.2. Hibridación sp3
El átomo de carbón tiene seis electrones: dos se ubican en el orbital 1s (1s2), dos en el 2s (2s2) y los restantes dos en el orbital 2p (2p2).
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Este tipo de enlace hibrido, con un ángulo de 109° y que se encuentra existente en compuestos con enlaces sencillos o llamados alcanos, forman una figura tetragonal y se caracteriza por la presencia de un enlace sigma
3.9. AlotroposEs la propiedad que poseen determinados elementos químicos de presentarse bajo estructuras químicas diferentes, como el carbono, que lo hace como grafito, diamante y fulero.
3.9.1.1. GrafitoEs uno de los Alotropos más comunes, a diferencia del diamante el grafito es un conductor eléctrico y puede ser usado como material de los electrodos de una lámpara de arco eléctrico.
Los electrones des localizados son libres de moverse a través del plano, por esa razón el grafito conduce electricidad a lo largo de los átomos de carbono y no conduce en ángulos rectos al plano.
3.9.1.2. DiamanteEs el Alotropos más conocido, cuya dureza y alta dispersión de luz lo hacen útil para aplicaciones de joyería, no se conocen sustancias naturales que pueden rayar o cortar el diamante.
Esta unido covalentemente a otros 4 átomos de carbono dispuestos en un tetraedro, forman una red tridimensional haciendo tensión en el ángulo cero y esa es la razón por la que el diamante es muy duro
3.9.1.3. FuleroSe descubrió en 1985 y se han vuelto populares entre los químicos por su belleza estructural para la síntesis de nuevos compuestos los cuales se presentan en forma de esfera, elipsoide o cilindro
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3.10. AplicacionesTodas las formas de este elemento tienen diversas aplicaciones. Los diamantes se usan en joyería, pero las variedades y otras se utilizan como abrasivos en la industria, debido a su extrema dureza. Por ello en el borde de las herramientas de corte se colocan pequeños diamantes.
El grafito se usa para fabricar minas de lápices o, por su calidad aceitosa, como lubricante el carbón constituye un combustible fundamental en gran parte de las regiones del globo, tanto más cuanto a partir de él se fabrica coque, gas de hulla y una amplia gama de productos químicos indispensables. (Carbunion, 2009)
Hoy en día se fabrica el diamante sintético de calidad de joyería; su conductividad eléctrica es 50 veces superior a la del diamante natural, y es 10 veces más resistente al daño con láser. Sus posibles aplicaciones se encuentran en sumideros de calor integrados y como ventanas en los laser de lata potencia. En vista de sus características favorables, el diamante tiene muchas aplicaciones importantes como las siguientes:
Material de herramientas de corte, en forma de monocristales o en forma polierstalina Como abrasivo en piedras de esmeril, para el esmerilado de materiales duros Para el rectificado de piedras de esmeril (es decir, para el afiliado de los granos abrasivos) Como dados para el estrilado de alambre con menos de 0,006 mm de diámetro Recubrimientos para herramientas de corte y dados Remoción de impurezas que le dan color, olor y sabor al agua potable Proceso de descafeinado del café Decoloración de azúcar, mieles, caramelos, etc. Decoloración de licores, jugos, vinagres, etc. Tratamiento de agua en procesos industriales Tratamiento terciario de aguas residuales Purificación de aire y gases industriales Respiración de mascarillas para gases
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Eliminación de olores en lugares cerrados: cocinas, bodegas refrigeradores, etc. Purificación de aire comprimido. Adsorbente de etileno para evitar la maduración prematura de frutas y verduras Tratamiento contra intoxicación agudas Tratamiento de llagas, quemaduras o heridas, con apósitos de carbón activado
impregnado con plata Recuperación de oro, plata y otros metales.
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4. Diagrama de flujo
Se cogio una jeringa y se medió 5ml de gasolina, 0,79 gr de papel y 1,4 gr de madera y la quemamos
Se midió 5ml de alcohol a un crisol de porcela y le prendimos fuego
En un crisol de porcelana se midió 2 cm de alcohol y otro crisol de porcelana se midio 2 cm3 de gasolina y
le prendimos fuego
Se coloco al crisol de porcela 3,5 gr de almidon de papa y se puso a
calentar
Con una pinza metalica se cogio 2,5 gr de alcanflor y se acerco al fuego.
Con una cuchara metalica se puso 3.65 gr de azucar al fuego
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5. ResultadosEn esta práctica de química orgánica, se determinó el carbono en diferentes materiales como: almidón, gasolina, alcohol, madera, azúcar, papel y alcanfor.
5.1. Almidón
5.2. Gasolina
Antes de empezar a quemar el
almidón de papa
Durante la quema del almidón se observó que
expulsaba agua
Después de la quema, se
observa que ya tenemos residuos
orgánicos
Cuando se empieza ya a apagar y ya se
muestra lo poco de residuo de
carbono
Cuando se apagó la gasolina dejo residuo por la
quema
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5.3. Alcohol
5.4. Madera
Con el alcohol, se le puso fuego
Pese al que alcohol es soluble en agua, no es tan
combustible.
El alcohol no deja residuo de carbono porque está
hecho por fermentar líquidos azucararos
La madera por ser un material orgánico, al ser expuesto al fuego empieza a quemar.
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5.5. Azúcar
5.6. Papel
El azúcar expuesto al fuego
El azúcar expuesto al fuego, expulsa
dióxido de carbono
Al terminar deja ceniza de azúcar
El papel expuesto al fuego
Durante la quema en un punto se
carameliza y expulsa dióxido de
carbono
Después de la quema hay
residuo de papel quemado
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1.1. Alcanfor
2. Análisis de resultadosLa explicación química de estos materiales es:
2.1. AlmidónQuímicamente podemos decir, que el almidón es un polisacárido de glucosa con dos fracciones, por un lado la amilosa que constituye un 20% y la amilopectina que conforma el 80% restante. La amilosa es una cadena de tipo lineal de glucosa con uniones alfa de tipo 1-4. La amilopectina tiene una estructura en forma ramificada que se encuentra constituida por glucosa con uniones alfa 1-4 que se encuentran unidas entre sí por puentes alfa 1-6. Podemos identificar fácilmente al almidón, pues este es insoluble en agua fría, pero sin embargo, forma una masa mas bien boscoso con el agua en ebullición y posterior enfriad; a esto se le conoce como engrudo de almidón. (Mendez,2012)
2.2. GasolinaQuímicamente tiene 5 propiedades principales que son:
Numero de octanos: En este producto, el nº de octanos varía entre los 100 y los 130 según los requerimientos del motor a pistón a utilizar en el avión. Este octanaje se obtiene gracias a aditivos los cuales están a base de plomo siendo éstas las únicas gasolinas que contienen este aditivo antidetonante. Dentro de lo que es la medición, esta es llevada a cabo por medio de una metodología totalmente diferente a las gasolinas para motor de vehículos.
Presión de vapor Reid: Es una medida de la tendencia de los componentes más volátiles a evaporarse. El valor máximo consta de 80 Kpa y evita la formación de bolsas de vapor en el sistema que transporta el combustible impidiendo su flujo normal.
El alcanfor es expuesto al fuego
Por ser una sustancia cristalina a base de carbono
se enciende
El alcanfor se desvanece por su compuesto orgánico, porque
este está hecho de una madera de un árbol.
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Gomas actuales: Esta función se encuentra relacionada en la medida de la estabilidad de un combustible. Esta corresponde a una oxidación acelerada que produce la formación de barnices y polímeros, formando depósitos en el sistema de combustión. Para eso en el producto los valores tomados son relativamente bajos con respecto al requerimiento especificado.
Densidad: Esta propiedad es utilizada para los cálculos de peso del combustible. Es especialmente importante en los aviones de transporte de carga para determinar la limitación de su carga.
Volatilidad: Esta se obtiene por el balance de los compuestos livianos y pesados, así como por su rango de destilación. Esta medida se diferencia considerablemente de la establecida para las gasolinas de motor para vehículos.
2.3. AlcoholLos alcoholes son compuestos orgánicos formados a partir de los hidrocarburos mediante la sustitución de uno o más grupos hidroxilo por un número igual de átomos de hidrógeno. El término se hace también extensivo a diversos productos sustituidos que tienen carácter neutro y que contienen uno o más grupos alcoholes. (Materiales y Alcalinos, 2007)
2.4. MaderaLos componentes químicos de la madera poseen propiedades que son muy importantes para la fabricación de cualquier producto. La madera está compuesta por agua, lignina, agua, resina, sales minerales y celulosa en una proporción que vería según el tipo de según el tipo de madera del que estemos hablando.
Entre las características de la madera, por ejemplo, la celulosa sirve para fabricar papel; los taninos, gomas, resinas y aceites son destinados a la producción de pinturas, barnices y adhesivos; la lignina (que es la sustancia que une las fibras de la madera) se aprovecha en la industria del plástico y en el cultivo de levadura de cerveza, que sirve como alimento al ganado y las aves de corral. (Forestal Leonera)
2.5. AzúcarLa elección del azúcar en productos alimenticios depende no sólo de su dulzor, sino también de una combinación de propiedades químicas y físicas que afectan la textura, color, contenido de humedad, forma de almacenaje y calidad del empaque.
2.6. PapelLa gran diversidad de tipos de papeles y sus propiedades requiere de un alto número de métodos de prueba. Algunas propiedades son importantes para cualquier tipo de papel, como el peso base y el espesor, y los métodos para su medición son de uso generalizado. Otros métodos se han desarrollado para asegurar el comportamiento adecuado de papeles especiales y tienen una aplicación limitada. Las propiedades de un papel en particular, dependen en un alto grado de su contenido de humedad. El papel es un material higroscópico y entra en equilibrio con la humedad del ambiente que lo rodea, variando así su contenido de humedad.
2.7. Alcanfor El alcanfor (Cinnamomum camphora), de olor penetrante a acre, proviene de un árbol de la familia de las Lauráceas, de gran tamaño, puede llegar a medir hasta 30 metros de altura, muy
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ramificado, de hojas perennes y flores blancas dispuestas en racimos y bayas color rojo encendido. De su hoja, corteza, madera y raíces se destila un aceite con propiedades muy benéficas tanto en la salud como en la cosmética y la psicología.
3. Conclusiones
3.1. Conclusión general Se comprobó que las materias orgánicas expulsan gases al ser quemadas y se convierten
en dióxido de carbono
3.2. Conclusiones específicos Se identificó que las propiedad más importante es el carbono Durante la combustión de los cuerpos, el desprendimiento de calor se realiza de forma
diferente de acuerdo con las características físicas y químicas del cuerpo en cuestión. Una magnitud que permite caracterizar cuantitativamente el desprendimiento de calor de los cuerpos durante la combustión
4. BibliografíaAstronomia. (25 de 08 de 2004). Recuperado el 14 de 02 de 2015, de
http://www.astromia.com/astronomia/carbonovida.htm
Materiales y Alcalinos. (2007). Enciclopedia de salud y seguridad en el trabajo.
(23 de 04 de 2009). Recuperado el 14 de 02 de 2015, de Carbunion: http://www.carbunion.com/que_es_carbon.php
(16 de 05 de 2013). Recuperado el 14 de 02 de 2015, de Historia del Carbono: http://historiacarbono.blogspot.com/
(1969). En J. Babor, & J. I. Aznárez, Quimica General Moderna. La Habana: Instituto Cubano del libro.
Forestal Leonera. (s.f.). Recuperado el 15 de 02 de 2015, de http://www.forestalleonera.cl/2013/index.php/es/consejos/propiedades-de-la-madera
Llorente, M. (2000). Geología del carbón y del petróleo. Buenos Aires: Ingenieros Ambientales.
Mendez, A. (30 de 5 de 2012). La guia de la quimica. Recuperado el 15 de 02 de 2015, de http://quimica.laguia2000.com/compuestos-quimicos/el-almidon-y-su-quimica
Miguel, L. (07 de 11 de 2011). Astro y Ciencia. Recuperado el 14 de 02 de 2015, de http://www.astroyciencia.com/2011/11/07/contenido-de-carbono-en-la-tierra/
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