Carbono
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O carbono (do latim carbo, carvão) é um elemento químico,símbolo C de número atômico 6 (6 prótons e 6 elétrons) com massa atómica 12 u , e sólido a temperatura ambiente. Dependendo das condições de formação pode ser encontrado na natureza em diversas formas alotrópicas, carbono amorfo e cristalino em forma de grafite ou diamante.
É o pilar básico da química orgânica, se conhecem cerca de 10 milhões de compostos de carbono, e forma parte de todos os seres vivos.
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Geral | |||||||||||||||||||||||||
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Nome, símbolo, número | Carbono, C, 6 | ||||||||||||||||||||||||
Classe , série química | Não-metal , representativo ( família do carbono ) | ||||||||||||||||||||||||
Grupo, período, bloco | 14 ( IVA ), 2 , p | ||||||||||||||||||||||||
Densidade, dureza | 2267 kg/m3, 0.5 (grafite) 10.0 (diamante) |
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Cor e aparência | Preto (grafite) Incolor (diamante) |
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Propriedades atómicas | |||||||||||||||||||||||||
Massa atómica | 12,0107(8) u | ||||||||||||||||||||||||
Raio atómico (calculado) | 70 (67)picómetro | ||||||||||||||||||||||||
Raio covalente | 77 pm | ||||||||||||||||||||||||
Raio de van der Waals | 170 pm | ||||||||||||||||||||||||
Configuração electrónica | [He]2s22p2 | ||||||||||||||||||||||||
Elétrons por nível de energia | 2, 4 | ||||||||||||||||||||||||
Estado de oxidação (óxido) | 4 | ||||||||||||||||||||||||
Estrutura cristalina | Hexagonal | ||||||||||||||||||||||||
Propriedades físicas | |||||||||||||||||||||||||
Estado da matéria | sólido (Não magnético) | ||||||||||||||||||||||||
Ponto de fusão | 3773 K (6332 °F) | ||||||||||||||||||||||||
Ponto de ebulição | 5100 K (8721 °F) | ||||||||||||||||||||||||
Volume molar | 5.29 ×10-6 m3/mol | ||||||||||||||||||||||||
Entalpia de vaporização | 355.8 kJ/mol (sublima) | ||||||||||||||||||||||||
Entalpia de fusão | N/A (sublima) | ||||||||||||||||||||||||
Pressão de vapor | 0 Pa | ||||||||||||||||||||||||
Velocidade do som | 18350 m/s | ||||||||||||||||||||||||
Informações diversas | |||||||||||||||||||||||||
Eletronegatividade | 2.55 (Escala de Pauling) | ||||||||||||||||||||||||
Calor específico | 710 J/(kg*K) | ||||||||||||||||||||||||
Condutividade elétrica | 0.061 × 106/m ohm | ||||||||||||||||||||||||
Condutividade térmica | 129 W/(m*K) | ||||||||||||||||||||||||
1ª Potencial de ionização | 1086.5 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
2ª Potencial de ionização | 2352.6 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
3ª Potencial de ionização | 4620.5 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
4ª Potencial de ionização | 6222.7 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
5ª potencial de ionização | 37831 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
6ª Potencial de ionização | 47277.0 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
Isótopos mais estáveis | |||||||||||||||||||||||||
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Unidades SI e CNPT exceto onde indicado |
Índice |
[editar] Características principais
O carbono é um elemento notável por várias razões. Suas formas alotrópicas incluem, surpreendentemente, uma das substâncias mais frágeis e baratas (o grafite) e uma das mais duras e caras (o diamante). Mais ainda: apresenta uma grande afinidade para combinar-se quimicamente com outros átomos pequenos, incluindo átomos de carbono que podem formar largas cadeias. O seu pequeno raio atómico permite-lhe formar cadeias múltiplas; assim, com o oxigênio forma o dióxido de carbono, vital para o crescimento das plantas (ver ciclo do carbono); com o hidrogênio forma numerosos compostos denominados, genericamente, hidrocarbonetos, essenciais para a indústria e o transporte na forma de combustível derivados de petróleo e gás natural. Combinado com ambos forma uma grande variedade de compostos como, por exemplo, os ácidos graxos, essenciais para a vida, e os ésteres que dão sabor às frutas. Além disso, fornece, através do ciclo carbono-nitrogênio, parte da energia produzida pelo Sol e outras estrelas.
[editar] 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 de uma quinta forma alotrópica: ( nanoespumas ) [1]. A forma amorfa é essencialmente grafite, porque não chega a adotar uma estrutura cristalina macroscópica. Esta é a forma presente na maioria dos carvões e na fuligem.
À pressão normal, o carbono adota a forma de grafite estando cada átomo unido a outros três em um plano composto de células hexagonais; neste estado, 3 elétrons se encontranm em orbitais híbridos planos sp² e o quarto em um orbital p.
As duas formas de grafite conhecidas, alfa (hexagonal) e beta (romboédrica), apresentam propriedades físicas idênticas. Os grafites naturais contêm mais de 30% de forma beta, enquanto o grafite sintético contém únicamente a forma alfa. A forma alfa pode transformar-se em beta através de procedimentos mecânicos, e esta recristalizar-se na forma alfa por aquecimento acima de 1000 ºC.
Devido ao deslocamento dos elétrons do orbital pi, o grafite é condutor de eletricidade, propriedade que permite seu uso em processos de eletrólise. O material é frágil e as diferentes camadas, separadas por átomos intercalados, se encontram unidas por forças de Van der Waals, sendo relativamente fácil que umas deslizem sobre as outras.
Sob pressões elevadas, o carbono adota a forma de diamante, na qual cada átomo está unido a outros quatro átomos de carbono, encontrando-se os 4 elétrons em orbitaiss sp³, como nos hidrocarbonetos. O diamante apresenta a mesma estrutura cúbica 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. A transformação em grafite na temperatura ambiente é tão lenta que é indetectável. Sob certas condições, o carbono cristaliza como lonsdaleíta, uma forma similar ao diamante, porém hexagonal, encontrado nos meteoros.
O orbital híbrido sp¹, que forma ligações covalentes, só é de interesse na química, manifestando-se em alguns compostos como, por exemplo, o acetileno.
Os fulerenos têm uma estrutura similar à do grafite, porém o empacotamento hexagonal se combina com pentágonos (e, possivelmente, heptágonos), o que curva os planos e permite o aparecimento de estruturas de forma esférica, elipsoidal e cilíndrica. São constituídos por 60 átomos de carbono apresentando uma estrutura tridimensional similar a uma bola de futebol. As propriedades dos fulerenos não foram determinadas por completo, continuando a serem investigadas.
A esta família pertencem também os nanotubos de carbono, de forma cilíndrica, rematados em seus extremos por hemiesferas (fulerenos). Constituem um dos primeiros produtos industriais da nanotecnologia.Ele é usado em filtros para agua e ar,diamante,grafite para lapis e eletrodos.Material para desacelerar particulas no reator atomico ,gas, gasolina e oleo.
[editar] Aplicacões
O principal uso industrial do carbono é como componente de hidrocarbonetos, especialmente os combustíveis como petróleo e gás natural; do primeiro se obtêm 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 impondo como 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 e como remédio para a flatulência.
- O carbono ativado se emprega em sistemas de filtração e purificacão 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 indústria farmacêutica (na forma de carvão ativado)
As propriedades químicas e estruturais dos fulerenos, na forma de nanotubos, prometem usos futuros no campo da nanotecnologia.
Os diamantóides são minúsculos cristais com forma cristalina composta por arranjos de átomos de carbono e também hidrogênio muito semelhante ao diamante. Os diamantóides são encontrados nos hidrocarbonetos naturais como petróleo, gás e principalmente em condensados. Têm importante aplicação na nanotecnologia.
[editar] Abundância e obtenção
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 a probabilidade 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 celestes como nos cometas e na atmosferas dos planetas. Alguns meteoritos contêm diamantes microscópicos que se formaram quando o sistema solar era ainda un disco protoplanetário.
Em combinacão 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 1018 mols
Crosta
Carbono orgânico......................1100 x 1018 mols
Carbonatos..............................5200 x 1018 mols
Manto.................................100000 x 1018 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 maiores depósitos de diamantes se encontram no continente africano (África do Sul, Namíbia, Botswana, República do Congo e Serra Leoa}. Existem também depósitos importantes no Canadá, Rússia, Brasil e Austrália.
[editar] Compostos inorgânicos
O mais importante óxido de carbono é o dióxido de carbono ( CO2 ), um componente minoritário da atmosfera terrestre (na ordem de 0,04% em peso) produzido e usado pelos seres vivos (ver ciclo do carbono). Em água forma ácido carbónico ( H2CO3 ) — as bolhas de muitos refrigerantes — que igualmente a outros compostos similares é instável, ainda que através dele possam-se produzir íons carbonatos estáveis por ressonância. Alguns importantes minerais, como a calcita são carbonatos.
Os outros óxidos são o monóxido de carbono (CO) e o raro subóxido de carbono (C3O2). O monóxido se forma durante a combustão incompleta de materiais orgânicos, e é incolor e inodoro. Como a molécula de CO contém uma tripla ligação, é muito polar, manifestando uma acusada tendência a unir-se a hemoglobina, o que impede a ligação do oxigênio. Diz-se, por isso, que é um asfixiante de substituição. O íon cianeto, ( CN- ), tem uma 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.
Com metais, o carbono forma tanto carbetos como acetiletos, ambos muito ácidos. Apesar de ter uma eletronegatividade alta, o carbono pode formar carbetos covalentes, como é o caso do carbeto de silicio (SiC), cujas propriedades se assemelham às do diamante.
[editar] Isótopos
Em 1961 a IUPAC adotou o isótopo C-12 como base para a determinação da massa atómica dos elementos químicos.
O carbono-14 é um radioisótopo com uma meia-vida de 5715 anos que se emprega de forma extensiva na datação de espécimes orgânicos.
Os isótopos naturais e estáveis do carbono são o C-12 (98,89%) e o C-13 (1,11%). As proporções destes isótopos são expressas em variação percentual (±‰) respeitando as normas VPDB (Vienna Pee Dee Belemnite). A porcentagem de C-13 da atmosfera terrestre é 7%.
A maioria das plantas apresentam valores de C-13 entre 24 e 34%; outras plantas aquáticas, de deserto, de orlas marítimas e gramas tropicais, apresentam valores de C-13 entre 6 e 19% devido às diferencas na reação de fotossíntese; um terceiro grupo, constituído pelas algas e líquens, apresenta valores entre 12 e 23%. O estudo comparativo dos valores de C-13 em plantas e organismos pode proporcionar valiosa informação relativa à cadeia alimentar dos seres vivos.
[editar] Precauções
Os compostos de carbono têm uma ampla variação de toxicidade. O monóxido de carbono, presente nos gases de escape dos motores de combustão e o cianeto (CN) são extremadamente tóxicos para os mamíferos e, entre eles, os seres humanos. Os gases orgânicos eteno, etino e metano são explosivos e inflamáveis em presença de ar. Muitos outros compostos orgânicos não são tóxicos, pelo contrário, são essenciais para a vida.
[editar] Ver também
[editar] Ligações externas
- http://www.oviedo.es/personales/carbon
- WebElements.com - Carbono
- EnvironmentalChemistry.com - Carbono
- It's Elemental - Carbono
- Fullerenos y otros estados alotrópicos; modelos realizados por Vincent Herr.
- Enciclopdeia Libre