O GRUPO DO CARBONO (14 OU IVA)

O carbono elementar (C) encontrado em mina como grafite e diamante. O silcio elementar (Si) recuperado partir da slica (SiO2) pela reduo com carbono em forno de arco eltrico. O germnio (Ge), muito menos abundante, encontrado em minrios de zinco.

O carbono (do latim carbo, carvo) um elemento qumico, smbolo C de nmero atmico 6 (6 prtons e 6 eltrons) com massa atmica 12 u. H 15 istopos do carbono, sendo apenas 2 estveis: C 12 (98,89%) C 13 (1,11%) C 14 radioativo com tempo de meia-vida de 5730 anos. Datao de fsseis

slido a temperatura ambiente. Dependendo das condies de formao pode ser encontrado na natureza em 4 formas alotrpicas: 1. Grafite 2. Diamante 3. Fulerenos 4. Nanotubos

HIBRIDIZAO DO CARBONO

HIBRIDAO DE ORBITAIS: UM NOVO REARRANJO PROVENIENTE DA UNIO DE VRIOS ORBITAIS COM NOVA ORIENTAO, FORMATO E ENERGIA. JUSTIFICA A VALNCIA DE ALGUNS ELEMENTOS QUMICOS.

CARBONO COM 4 SIMPLES LIGAES HIBRIDIZAO sp3 MOLCULA TETRADRICA NGULO ENTRE AS LIGAES: 109 LIGAES: 109 . 28 28ESTADO NORMAL ESTADO ATIVADO ESTADO HBRIDO

sp3 2p2 2s2 1s2 2p3 2s1 1s2 1s2

ORBITAL sp3

109 109 28

H METANO: CH4 4 LIGAES SIGMA sp3- s C H H H

CARBONO COM 1 DUPLA LIGAO HIBRIDIZAO sp2 MOLCULA TRIGONAL PLANA NGULO ENTRE AS LIGAES:120 LIGAES:120 (O ORBIPAL p DA LIGAO PI NO . SOFRE HIBRIDAO). HIBRIDAO).ESTADO NORMAL ESTADO ATIVADO ESTADO HBRIDO

sp2 2p2 2s2 1s2 2p3 2s1PI

1s2

1s2

ETENO H2C=CH2 HIBRIDIZAO sp2LIGAO PI

H

H C

sp2 - sp2

C

H

H

CARBONO COM 2 DUPLAS OU UMA TRIPLA LIGAO HIBRIDIZAO sp MOLCULA LINEAR NGULO ENTRE AS LIGAES:180 (DUAS LIGAES PI) LIGAES:180 .ESTADO NORMAL ESTADO ATIVADO ESTADO HBRIDO

sp 2p2 2s2 1s2 2p3 2s1 1s2 1s2PI PI

ETINO :

H -C C -H

LIGAO PI

H

sp-s C

sp-sp

C

sp-s H

LIGAO PI

DIAMANTE X GRAFITESo duas formas do carbono elementar e so notavelmente diferentes:1. 2. 3.

O diamante um isolante eltrico; o grafite um bom condutor. O diamante a substncia mais dura conhecida; o grafite mole. Por causa da durabilidade e da transparncia o diamante uma das pedras mais preciosas mais valiosas

As propriedades fsicas amplamente diferentes pode ser relacionada com as estruturas e as ligaes muito diferentes nesses dois compostos.

Estrutura do diamante

Estrutura do grafite

Cada tomo de C forma ligao simples de comprimento 1,54 com 4 tomos de C adjacentes nos vrtices de um tetradro regular (Hibridizao sp3) . O resultado uma estrutura rgida, covalente e tridimensional. tridimensional.

Consiste no empilhamento de camadas planares dentro da qual cada tomo de C tem trs vizinhos mais prximos a 1,42 (Hibridizao sp2) 3 ligaes simples e 1 dupla. dupla.Os planos esto amplamente separados um dos outros (3,35 ), o que indica que h foras mais fracas entre eles (DISPERSO DE LONDON), LONDON) podendo ser quebrado facilmente.

CONDUTIVIDADE ELTRICA DO GRAFITESua condutividade perpendicular aos planos baixa e aumenta com a temperatura

Isso significa que o grafite um semicondutor nessa direo

A condutividade muito maior paralela aos planos, mas decresce medida que a temperatura aumentada

Esse comportamento indica conduo metlica nessa direo

COMPOSTOS DE INTERCALAOAgentes oxidantes ou redutores podem ser intercalados entre as lminas do grafite para aumentar a condutividade eltrica.

CONVERSOA converso de diamante em grafite temperatura e presso ambiente espontnea, mas no ocorre a uma velocidade observvel. O diamante a fase mais densa; assim, ele favorecido por presses elevadas.

Grandes quantidades de diamante abrasivo so fabricadas industrialmente por um processo a presso e temperatura elevadas na presena de catalisadores. O catalisador (Ni) dissolve o grafite a 1800 C e 70 kbar e a fase diamante menos solvel cristaliza a partir desta. Concluso: A sntese de diamantes com qualidade de pedra preciosa possvel, mas ainda no econmica.

DIAGRAMA DE FASES DO CARBONO

SNTESE DO DIAMANTE A ALTA PRESSO E ALTA TEMPERATURA (HPHT)

BROCA ODONTOLGICA

FULERENOSMolculas estveis constitudas exclusivamente por carbono sp2, na forma de hexgonos. C60 o fulereno mais comum, conhecido por buckminsterfullerene. C60 tem a forma esfrica, com dimetro de cerca de 1 nm, que lembra a de uma bola de futebol. Descoberta dos fulerenos levou concesso do prmio Nobel de qumica de 1996 a seus descobridores, R. Smalley, H. Kroto e R. Curl.

C60

C70

APLICAES DO FULERENOPAINIS SOLARES DADA A SUA GRANDE FACILIDADE EM CAPTURAR ELTRONS (SUPERCONDUTOR) USOS BIOMDICOS EM QUE FRMACOS ATIVOS PODEM SER LIGADOS MOLCULA DE C60 PARA, APS INTRODUZIDOS NO CORPO HUMANO, SEREM LENTAMENTE LIBERTADOS. PROPRIEDADES LUBRIFICANTES EM LQUIDOS REVESTIMENTO DE BOLAS DE BOLICHE EM QUE A POUCA COMPRESSIBILIDADE DO C60 AS TORNA MAIS RESISTENTES ( J COMERCIALIZADAS NO JAPO) TACOS DE GOLFE TITNIO-C60

REAES COM FULERENOS

NANOTUBOS(NTC)1991 - Sumio Ijima

ESTRUTURA BSICA FORMADA POR UMA OU MLTIPLAS FOLHAS DE GRAFITE(GRAFENO) ENROLADAS DE FORMA CONCNTRICA E CILNDRICA COMPRIMENTO: ORDEM DE MICRMETROS DIMETRO: ORDEM DE NANMETROS PROPRIEDADES MECNICAS: ALTA RESISTNCIA MECNICA COM ALTA FLEXIBILIDADE (OU SEJA, NO QUEBRAM QUANDO DOBRADOS OU SUBMETIDOS A ALTAS PRESSES) PROPRIEDADES ELTRICA: TRANSPORTAM A CORRENTE ELTRICA E PODEM APRESENTAR CONDUTIVIDADE METLICA,SEMICONDUTORA OU AT SUPERCONDUTORA(A BAIXAS TEMPERATURAS E DE ACORDO COM SUA ESTRUTURA)

PROPRIEDADES TRMICAS: ALTSSIMA CONDUTIVIDADE TRMICA,SENDO CONDIDERADA UMA DAS MAIORES, NA DIREO DO EIXO DO TUBO.

APLICAES DOS NANOTUBOSPONTAS DE PROVA EM MICROSCPIOS DE FORA ATMICA OBTENDO IMAGENS DE SISTEMAS BIOLGICOS COM ALTA RESOLUO CONDUTORES EM MICROCIRCUITOS FIBRAS PARA USOS DIVERSOS ELES TEM UMA ESTRUTURA MAIS LEVE E MAIS RESISTENTE DO QUE AS FIBRAS DE CARBONO TRADICIONAIS FABRICAO DE MATERIAIS PARA ABSORO DE GASES ( ELES CONSEGUEM ABSORVER UMA GRANDE QUANTIDADE DE HIDROGNIO).

O CARBONO E A NANOTECNOLOGIA

O silcio (latim: silex, pedra dura, ingls: silicon) um elemento qumico de smbolo Si de nmero atmico 14 (14 prtons e 14 eltrons) com massa atmica igual a 28 u. temperatura ambiente, encontra-se no estado slido. o silcio

H 21 istopos de silcio: Si 28 (92,23%) Si 29 (4,683%) Si 30 (3,087%)

O silcio o segundo elemento mais abundante da crosta terrestre, perfazendo 25,7% do seu peso, superado apenas pelo oxignio (47%).

PROPRIEDADESNo ocorre livre na natureza. Aparece, normalmente na forma de dixido de silcio (SiO2) tambm conhecido como slica e silicatos (compostos contendo silcio, oxignio e metais. bastante eletropositivo

APLICAES um dos elementos mais teis. Compostos como areia e argila so amplamente usados na construo civil. Usado em refratrios para altas temperaturas. Silicatos so empregados na fabricao de esmaltes. Slica a principal substncia do vidro.

Por ser um material semicondutor muito abundante, tem um interesse muito especial na indstria eletrnica e microeletrnica, como material bsico para a produo de transistores para chips, clulas solares e em diversas variedades de circuitos eletrnicos.