Introdução à Química/Carbono

O carbono (do latim carbo, carvão) é um elemento químico (símbolo C) de número atômico 6 (6 prótons e 6 nêutrons) 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.

O carbono é o pilar básico da química orgânica e faz parte de todos os seres vivos. São conhecidos cerca de 10 milhões de compostos de carbono.

Características

O carbono é um elemento notável por várias razões. Suas formas alotrópicas incluem, surpreendentemente, uma das substâncias mais frágeis (o grafite) e uma das mais duras (o diamante) e do o ponto de vista econômico um dos materiais mais baratos (o carvão) e um dos mais caros (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 combustíveis fósseis. 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.

Aplicações

O principal uso industrial do carbono é como componente de hidrocarbonetos, especialmente os combustíveis fósséis 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, é usado na datação radiométrica.
O grafite combinado com argila é usado para fabricar a parte interna dos lápis.
O diamante é empregado como material de corte e para a produção de jóias.
Como elemento de liga principal dos aços.
Em varetas de proteção de reatores nucleares.
O carbono ativado se emprega em sistemas de filtração e purificacão da água.
O Carbono-11, radioativo, é usado no exame PET em medicina nuclear.
Em água, o carbono forma ácido carbônico ( H₂CO₃ ) — as bolhas de muitos refrigerantes.

As propriedades químicas e estruturais dos fulerenos, na forma de nanotubos, prometem usos futuros no campo da nanotecnologia.

Obtenção

O carbono foi descoberto na pré-história e era conhecido na antiguidade, sendo obtido da combustão incompleta de materiais orgânicos.

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.).

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

Os diamantes naturais se encontram associados a rochas vulcânicas (kimberlita e lamproíta). 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.

Os animais ao respirarem tomam oxigênio (O₂) da atmosfera e o devolvem na forma de dióxido de carbono (CO₂). Por outro lado, as plantas retiram este gás do ar e o utilizam na fotossíntese. Este processo denominado ciclo do carbono é vital para a manutenção da vida na Terra.

Alguns importantes minerais, como a calcita são carbonatos.

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, 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.

Implicações ambientais

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 cianógeno (CN) são extremadamente tóxicos. 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.

O CO₂, mantido em determinadas quantidades no ar atmosférico, é um dos gases responsáveis pela manutenção da temperatura terrestre. Sem este gás a Terra seria um bloco de gelo. Por outro lado, um excesso de CO₂ impede a saída de calor da atmosfera, provocando um aquecimento do planeta denominado efeito estufa.

Nas últimas décadas, devido à enorme queima de combustíveis fósseis, a quantidade de gás carbônico na atmosfera tem aumentado muito, contribuindo para o aquecimento do planeta.

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