Carbono – Wikipédia, a enciclopédia livre

Carbono

Boro ← Carbono → Nitrogênio

6C↑

C↓Si

Tabela completa • Tabela estendida

Aparência

incolor (diamante) e preto (grafite)

Linhas espectrais do carbono

Informações gerais

Nome, símbolo,número

Carbono, C, 6

Série química Não-metal

Grupo, período,bloco

14 (IVA), 2, p

Densidade, dureza2267 kg/m , 0,5 (grafite) e10,0 (diamante)

Propriedade atómicas

Massa atômica 12,0107(8) u

Raio atómico(calculado) 70 (67) pm

Raio covalente 77 pm

Raio de Van derWaals

170 pm

Configuraçãoelectrónica

[He] 2s 2p

Elétrons (por nível deenergia)

2, 4 (ver imagem)

Estado(s) deoxidação

4

CarbonoOrigem: Wikipédia, a enciclopédia livre.

O carbono (do latim carbo, carvão) é um elementoquímico, símbolo C , número atômico 6 (6 prótons e 6elétrons), massa atómica 12 u, sólido à temperaturaambiente. Dependendo das condições de formação, podeser encontrado na natureza em diversas formas alotrópicas:carbono amorfo e cristalino, em forma de grafite ou aindadiamante. Pertence ao grupo (ou família) 14 (anteriormentechamada IVA).

É o pilar básico da química orgânica, se conhecem cercade 10 milhões de compostos de carbono, e forma parte detodos os seres vivos.

Índice

1 Características principais2 Estados alotrópicos3 Aplicações4 Abundância5 Compostos inorgânicos6 Isótopos7 Precauções8 Utilização9 Ver também10 Ligações externas

Características principais

O carbono é um elemento notável por várias razões. Suasformas alotrópicas incluem, surpreendentemente, uma dassubstâncias mais frágeis e baratas (o grafite) e uma dasmais rígidas e caras (o diamante). Mais ainda: apresentauma grande afinidade para combinar-se quimicamente comoutros átomos pequenos, incluindo átomos de carbono quepodem formar largas cadeias. O seu pequeno raio atómicopermite-lhe formar cadeias múltiplas; assim, com o oxigênioforma o dióxido de carbono, vital para o crescimento dasplantas (ver ciclo do carbono); com o hidrogênio formanumerosos compostos denominados, genericamente,hidrocarbonetos, essenciais para a indústria e o transportena forma de combustíveis derivados de petróleo e gásnatural. Combinado com ambos forma uma grande

3

2 2

7/3/2011 Carbono – Wikipédia, a enciclopédia li…

http://pt.wikipedia.org/wiki/Carbono 1/6

Estrutura cristalina hexagonalPropriedades físicas

Estado da matéria sólido

Entalpia devaporização

355,8 kJ/mol

Volume molar 5,29×10 m /mol

Velocidade do som 18 350 m/s a 20 °C

Diversos

Eletronegatividade(Pauling) 2,55

Calor específico 710 J/(kg·K)

Condutividadeelétrica

0,061 S/m

Condutividadetérmica

129 W/(m·K)

1º Potencial deionização

1086,5 kJ/mol


2352,6 kJ/mol


4620,5 kJ/mol


6222,7 kJ/mol


37831 kJ/mol


47277,0 kJ/mol

Isótopos mais estáveis

iso AN Meia-vida MDEd

PDMeV

C 98,9% C é estávelcom 6 nêutron

C 1,1% C é estávelcom 7 nêutron

C sintético 5730 a ß 0,156 N

Unidades do SI & CNTP, salvo indicação contrária.Estruturasalotrópicas dodiamante e grafite.

Fulereno-C60.

variedade de compostos como, por exemplo, os ácidosgraxos, essenciais para a vida, e os ésteres que dão saboràs frutas. Além disso, fornece, através do ciclo carbono-nitrogênio, parte da energia produzida pelo Sol e outrasestrelas.

Estados alotrópicos

São conhecidas quatro formas alotrópicas do carbono,além da amorfa: grafite, diamante, fulerenos e nanotubos.Em 22 de março de 2004 se anunciou a descoberta deuma quinta forma alotrópica: (nanoespumas) [1](http://www.nature.com/nsu/040322/040322-5.html) . Aforma amorfa é essencialmente grafite, porque não chega aadotar uma estrutura cristalina macroscópica. Esta é aforma presente na maioria dos carvões e na fuligem.

À pressão normal, o carbono adota a forma de grafiteestando cada átomo unido a outros três em um planocomposto de células hexagonais; neste estado, 3 elétronsse encontram em orbitais híbridos planos sp² e o quarto emum orbital p.

As duas formas de grafite conhecidas, alfa (hexagonal) ebeta (romboédrica), apresentam propriedades físicasidênticas. Os grafites naturais contêm mais de 30% deforma beta, enquanto o grafite sintético contém unicamentea forma alfa. A forma alfa pode transformar-se em betaatravés de procedimentos mecânicos, e esta recristalizar-sena forma alfa por aquecimento acima de 1000 °C.

Devido ao deslocamento doselétrons do orbital pi, o grafite écondutor de eletricidade,propriedade que permite seu usoem processos de eletrólise. Omaterial é frágil e as diferentescamadas, separadas por átomosintercalados, se encontram unidaspor forças de Van der Waals,sendo relativamente fácil queumas deslizem sobre as outras.

Sob pressões elevadas, o carbono adota a forma de diamante, na qual cada átomoestá unido a outros quatro átomos de carbono, encontrando-se os 4 elétrons emorbitais sp³, como nos hidrocarbonetos. O diamante apresenta a mesma estruturacúbica que o silício e o germânio, e devido à resistência da ligação química carbono-carbono, é junto com o nitreto de boro (BN) a substância mais dura conhecida. Atransformação em grafite na temperatura ambiente é tão lenta que é indetectável. Sobcertas condições, o carbono cristaliza como lonsdaleíta, uma forma similar aodiamante, porém hexagonal, encontrado nos meteoros.

−6 3

1212

1313

14 - 14



O orbital híbrido sp¹, que forma ligações covalentes, só é de interesse na química, manifestando-se em algunscompostos como, por exemplo, o acetileno.

Os fulerenos têm uma estrutura similar à do grafite, porém o empacotamento hexagonal se combina compentágonos (e, possivelmente, heptágonos), o que curva os planos e permite o aparecimento de estruturas deforma esférica, elipsoidal e cilíndrica. São constituídos por 60 átomos de carbono apresentando uma estruturatridimensional similar a uma bola de futebol. As propriedades dos fulerenos não foram determinadas porcompleto, continuando a serem investigadas.

A esta família pertencem também os nanotubos de carbono, de forma cilíndrica, rematados em seus extremospor hemiesferas (fulerenos). Constituem um dos primeiros produtos industriais da nanotecnologia. Investiga-sesua aplicabilidade em fios de nanocircuitos e em eletrônica molecular, já que, por ser derivado do grafite,conduz eletricidade em toda sua extensão.

Aplicações

O principal uso industrial do carbono é como componente de hidrocarbonetos, especialmente os combustíveiscomo petróleo e gás natural; do primeiro se obtém por destilação nas refinarias gasolinas, querosene e óleos e,ainda, é usado como matéria-prima para a obtenção de plásticos, enquanto que o segundo está se impondocomo fonte de energia por sua combustão mais limpa. Outros usos são:

O isótopo carbono-14, descoberto em 27 de fevereiro de 1940, se usa na datação radiométrica.O grafite se combina com argila para fabricar a parte interna dos lápis.O diamante é empregado para a produção de jóias e como material de corte aproveitando sua dureza.Como elemento de liga principal dos aços (ligas de ferro).Em varetas de proteção de reatores nucleares.As pastilhas de carbono são empregadas em medicina para absorver as toxinas do sistema digestivo ecomo remédio para a flatulência.O carbono ativado se emprega em sistemas de filtração e purificação da água.O Carbono-11, radioactivo com emissão de positrão usado no exame PET em medicina nuclear.O carvão é muito utilizado nas indústrias siderúrgicas, como produtor de energia e na indústriafarmacêutica (na forma de carvão ativado)

As propriedades químicas e estruturais dos fulerenos, na forma de nanotubos, prometem usos futuros no campoda nanotecnologia (ver Nanotecnologia do carbono).

Os diamantóides são minúsculos cristais com forma cristalina composta por arranjos de átomos de carbono etambém hidrogênio muito semelhante ao diamante. Os diamantóides são encontrados nos hidrocarbonetosnaturais como petróleo, gás e principalmente em condensados (óleos leves do petróleo). Têm importanteaplicação na nanotecnologia.

Abundância

O carbono não se criou durante o Big Bang porque havia necessidade da tripla colisão de partículas alfa(núcleos atómicos de hélio), tendo o universo se expandido e esfriado demasiadamente rápido para que aprobabilidade deste acontecimento fosse significativa. Este processo ocorre no interior das estrelas (na fase«RH (Rama horizontal)»), onde este elemento é abundante, encontrando-se também em outros corpos celestescomo nos cometas e na atmosferas dos planetas. Alguns meteoritos contêm diamantes microscópicos que seformaram quando o sistema solar era ainda um disco protoplanetário.

Em combinação com outros elementos, o carbono se encontra na atmosfera terrestre e dissolvido na água, e



acompanhado de menores quantidades de cálcio, magnésio e ferro forma enormes massas rochosas (calcita,dolomita, mármore, etc.).

De acordo com estudos realizados pelos cientistas, a estimativa de distribuição do carbono na terra é:

Biosfera, oceanos, atmosfera.......3,7 x 10 mols

CrostaCarbono orgânico...........................1,1 x 10 molsCarbonatos....................................5,2 x 10 mols

Manto..........................................1,0 x 10 mols

O grafite se encontra em grandes quantidades nos Estados Unidos, Rússia, México, Groelândia e Índia.

Os diamantes naturais se encontram associados a rochas vulcânicas (kimberlito e lamproíto). Os maioresdepósitos de diamantes se encontram no continente africano (África do Sul, Namíbia, Botswana, República doCongo e Serra Leoa). Existem também depósitos importantes no Canadá, Rússia, Brasil e Austrália.

Compostos inorgânicos

O mais importante óxido de carbono é o dióxido de carbono ( CO ), um componente minoritário da atmosferaterrestre (na ordem de 0,04% em peso) produzido e usado pelos seres vivos (ver ciclo do carbono). Em águaforma ácido carbónico ( H CO ) — as bolhas de muitos refrigerantes — que igualmente a outros compostossimilares é instável, ainda que através dele possam-se produzir íons carbonatos estáveis por ressonância. Algunsimportantes minerais, como a calcita são carbonatos. As rochas carbonáticas (calcários) são um grandereservatório de carbono oxidado na crosta terrestre.

Os outros óxidos são o monóxido de carbono (CO) e o raro subóxido de carbono (C O ). O monóxido seforma durante a combustão incompleta de materiais orgânicos, e é incolor e inodoro. Como a molécula de COcontém uma tripla ligação, é muito polar, manifestando uma acusada tendência a unir-se a hemoglobina, o queimpede a ligação do oxigênio. Diz-se, por isso, que é um asfixiante de substituição. O íon cianeto, ( CN ), temuma estrutura similar e se comporta como os íons haletos. O carbono, quando combinado com hidrogênio,forma carvão, petróleo e gás natural que são chamados de hidrocarbonetos. O metano é um hidrocarbonetogasoso, formado por um átomo de carbono e quatro átomos de hidrogênio, muito abundante no interior daterra (manto). O metano também é encontrado em abundância próximo ao fundo dos oceanos e sob as geleiras(permafrost), formando hidratos de gás. Os vulcões de lama também emitem enormes quantidades de metanoenquanto que os vulcões de magma emitem uma maior quantidade de gás carbônico, que possivelmente éproduzido pela oxidação do metano.

Com metais, o carbono forma tanto carbetos como acetiletos, ambos muito ácidos. Apesar de ter umaeletronegatividade alta, o carbono pode formar carbetos covalentes, como é o caso do carbeto de silício (SiC),cujas propriedades se assemelham às do diamante.

Isótopos

Em 1961 a IUPAC adotou o isótopo C como base para a determinação da massa atómica dos elementosquímicos.

O carbono-14 é um radioisótopo com uma meia-vida de 5715 anos que se emprega de forma extensiva nadatação de espécimes orgânicos.

18

21

21

24

2

2 3

3 2

-

12

12 13



Os isótopos naturais e estáveis do carbono são o C (98,89%) e o C (1,11%). As relações entre essesisótopos são expressas baseadas nas proporções encontradas no padrão inorgânico VPDB (Vienna Pee Dee

Belemnite). O valor isotópico da proporção entre C/ C encontrado na atmosfera terrestre é da ordem de -8‰ (por mil). Esse valor é negativo pelo fato de que o padrão utilizado (VPDB), por ser um carbonatoinorgânico, possui uma quantidade maior de C que a grande maioria dos compostos orgânicos e daatmosfera.

A maioria das plantas, denominadas plantas de ciclo metabólico C3, apresentam valores isotópicos de carbonoque variam entre -22 e -30‰; entretanto as plantas com o ciclo metabólico do tipo C4, como algumasgramineas por exemplo, apresentam valores mais enriquecidos em C, da ordem de -6 a -12‰. Essadiferença de dá devido às diferenças na apreensão de CO durante esses dois distintos tipos de processosmetabólicos que ocorrem na fotossíntese. Um terceiro grupo, constituído pelas plantas de metabolismo CAM(ciclo do ácido crassuláceo), apresenta valores entre cerca de -12 e -26‰, já que ambos os ciclos C3 e C4são possíveis nessas plantas, influenciados por fatores ambientais. A proporção ente os isótopos C e C étambém um importante marcador químico de porcessos metabólicos de plantas e animais sendo tambémutilizado amplamentes em estudos ambientais, ecológicos e de cadeias tróficas de humanos e animais, atuais epre-históricos, jutamente com os isótopos de nitrogênio ( N/ N) e oxigênio ( O/ O) dentre outros.

Precauções

Os compostos de carbono têm uma ampla variação de toxicidade. O monóxido de carbono, presente nosgases de escape dos motores de combustão e o cianeto (CN) são extremadamente tóxicos para os mamíferose, entre eles, os seres humanos. Os gases orgânicos eteno, etino e metano são explosivos e inflamáveis empresença de ar. Muitos outros compostos orgânicos não são tóxicos, pelo contrário, são essenciais para a vida.

Utilização

O principal uso industrial do carbono é como componente de hidrocarbonetos, especialmente os combustíveiscomo petróleo e gás natural; do primeiro se obtém por destilação nas refinarias gasolinas, querosene e óleos e,ainda, é usado como matéria-prima para a obtenção de plásticos, enquanto que o segundo está se impondocomo fonte de energia por sua combustão mais limpa. Recentemente tem sido considerado um dos elementosprincipais para o desenvolvimento da eletrônica molecular ou moletrônica.

Ver também

MetanoCiclo do carbonoNanotecnologia do carbonoClassificação dos átomos de carbono

Ligações externas

WebElements.com - Carbono (http://www.webelements.com/webelements/elements/text/C/index.html)EnvironmentalChemistry.com - Carbono (http://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/C.html)It's Elemental - Carbono (http://education.jlab.org/itselemental/ele006.html)Fullerenos y otros estados alotrópicos (http://www.vincentherr.com/cf/) ; modelos realizados por VincentHerr.Enciclopdeia Libre (http://enciclopedia.us.es/index.php/Carbono)el carbon en la vida cotidina (http://www.carbon.es.tt)

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