Carbono
Da floresta ao grafite do seu lápis, um elemento com muitas formas e inúmeras conexões.
Página-modelo · conteúdo para revisão acadêmicaA identidade do elemento
Entenda este elemento
O carbono é um elemento capaz de formar ligações com muitos outros átomos, inclusive com ele mesmo. Essa versatilidade permite construir cadeias, anéis e redes — da estrutura das moléculas da vida aos materiais que usamos todos os dias.
O número atômico 6 significa que todo átomo de carbono tem 6 prótons. No átomo neutro, há também 6 elétrons. No isótopo carbono-12, o núcleo contém 6 nêutrons.
A massa atômica relativa 12,011 não é uma contagem de prótons e nêutrons: é um valor relacionado à composição isotópica de amostras naturais.
Por dentro do átomo
Camada K: 2 elétrons · Camada L: 4 elétrons.
Os 4 elétrons de valência ajudam a compreender a formação de ligações covalentes. O desenho é um modelo simplificado: os elétrons não percorrem órbitas circulares fixas como planetas.
Núcleo ilustrado: carbono-12. Configuração: átomo neutro no estado fundamental.Propriedades que ajudam a compreender
Sólido a 20 °C
12,011 — valor abreviado
Sublima a pressão atmosférica; a fusão requer alta pressão.
Não apresentada: exige especificação das condições de pressão.
2,2 g/cm³ (RSC)
2,55 — escala de Pauling
1s² 2s² 2p²
−4, +2 e +4 (seleção)
As propriedades dependem da forma do material e das condições de medição. O carbono sublima a pressão atmosférica; por isso não apresentamos um ponto de fusão como se fosse universal. A IUPAC apresenta um intervalo de peso atômico padrão para o carbono: [12,0096; 12,0116].
Onde encontramos?
Nos seres vivos
Está presente em carboidratos, proteínas, lipídios e ácidos nucleicos. A madeira e os caroços de tucumã contêm compostos de carbono.
Na atmosfera e na água
O dióxido de carbono participa do ciclo do carbono. Na água, o carbono também ocorre em espécies dissolvidas, como bicarbonatos.
Em minerais e rochas
Carbonatos, como a calcita, contêm carbono combinado com outros elementos. Grafite e diamante são formas de carbono elementar.
No solo e nos combustíveis
A matéria orgânica do solo e os combustíveis fósseis contêm compostos de carbono, com diferentes estruturas e origens.
No cotidiano
Grafite
Minas de lápis misturam grafite e argila. O grafite também é usado em eletrodos.
Diamante
Sua dureza permite o uso em ferramentas de corte; sua aparência também motiva usos em joalheria.
Carvão ativado
Sua estrutura porosa favorece a adsorção de substâncias em processos de filtração. Não retém todos os contaminantes.
Compostos orgânicos
Moléculas que contêm carbono fazem parte de alimentos, medicamentos, combustíveis e muitos polímeros.
Um elemento, diferentes estruturas
Alótropos são formas diferentes de um mesmo elemento. Observe como a organização dos átomos muda.
Diamante
Uma rede tridimensional em que cada carbono se liga a quatro outros. A estrutura ajuda a explicar sua elevada dureza.
Grafite
Camadas de átomos ligados em redes hexagonais. A estrutura permite que as camadas deslizem e contribui para sua condutividade.
Grafeno
Uma única camada de carbono em rede hexagonal. Suas propriedades são estudadas para aplicações em materiais e eletrônica.
Fulerenos
Estruturas fechadas de carbono, como o C₆₀, formadas por arranjos de pentágonos e hexágonos.
Estruturas esquemáticas e simplificadas, sem escala. Não representam posições exatas de todos os átomos.
Da estrutura à aplicação
Átomo
Carbono: seis prótons e quatro elétrons de valência.
Ligações químicas
Átomos de carbono compartilham elétrons.
Estrutura
No grafite, formam redes organizadas em camadas.
Propriedades
As camadas podem deslizar umas sobre as outras.
Aplicações
O grafite deixa marcas no papel e é usado em lápis.
Uma conexão com a Química Orgânica
Celulose na madeira, óleos no tucumã e açúcares nos frutos: todos contêm estruturas baseadas em carbono. Investigar essas moléculas aproxima a Química Orgânica dos materiais que fazem parte do contexto amazônico. Nem todo composto de carbono, porém, é classificado como orgânico.
Perguntas para explorar
Por que diamante e grafite são tão diferentes se ambos são carbono?Ver resposta +
Os átomos se organizam e se ligam de maneiras diferentes. No diamante, a rede é tridimensional; no grafite, há camadas. A estrutura e as interações entre átomos influenciam as propriedades do material.
O carbono de uma semente é igual ao de um diamante?Ver resposta +
Ambos têm átomos com seis prótons. Mas, na semente, o carbono está principalmente combinado com outros elementos em moléculas orgânicas. No diamante, os átomos de carbono formam uma rede. Não são o mesmo material.
Por que o carbono ocupa um lugar central na Química Orgânica?Ver resposta +
Ele pode formar quatro ligações covalentes e se ligar a outros carbonos, formando muitas estruturas. A Química Orgânica estuda seus compostos; algumas classes, como carbonatos e óxidos de carbono, são tradicionalmente estudadas na Química Inorgânica.
Todo átomo de carbono tem seis nêutrons?Ver resposta +
Não. Todos têm seis prótons, mas o número de nêutrons varia. O carbono-12 tem seis, o carbono-13 tem sete e o carbono-14 tem oito. São isótopos do mesmo elemento.
Fontes científicas
- Royal Society of Chemistry — Carbon ↗ — Propriedades, ocorrência, história e aplicações.
- NIST — Atomic Data for Carbon ↗ — Configuração do estado fundamental e identidade atômica.
- IUPAC / CIAAW — Carbon ↗ — Peso atômico padrão e variabilidade isotópica.
- PubChem — Periodic Table ↗ — Identidade e classificação dos elementos.
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