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Dados básicos / Elementos adjacentes |
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• Fim↓ |
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| Número atômico |
6 |
| Peso atômico |
12,0107 |
| Elétrons |
[He]2s22p2 |
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Do latim carbone (carvão). Um elemento de descoberta pré-histórica
e amplamente distribuído na natureza.
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É encontrado em abundância no sol, nas estrelas, nos cometas e na
atmosfera da maioria dos planetas. Carbono, na forma de diamantes
microscópicos, foi encontrado em alguns meteoritos.
Na Terra, em forma livre ou em compostos, carbono está presente na atmosfera, em
diversos minerais rochosos, no carvão mineral, no petróleo e gás natural,
nos seres vivos, etc. Estima-se que representa cerca de 0,032% da
crosta terrestre.
Na forma livre, é encontrado em três variedades
alotrópicas: amorfo, grafite e diamante. O último é um dos
materiais mais duros que se conhece. Grafite existe em duas formas: alfa e beta. Têm idênticas propriedades
e diferem apenas na estrutura cristalina.
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O grafite, embora encontrado na natureza, pode ser produzido
artificialmente pela reação do carvão com sílica em altas
temperaturas (> 2500ºC). Na prática, é usada uma mistura,
aquecida sem contato com o ar, de antracito (um tipo de carvão
fóssil), coque (produto resultante da calcinação do carvão
mineral. Substâncias voláteis são eliminadas) e quartzo.
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Fig 01
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Diamantes também podem ser produzidos artificialmente pelo
aquecimento do grafite sob pressões bastante altas (> 12,5 GPa) na
presença de um catalisador como a platina.
A Figura 01 ao lado dá o diagrama aproximado dos estados físicos do
carbono. As linhas tracejadas indicam regiões metaestáveis, onde
duas fases podem coexistir.
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Há várias outras formas de extração ou produção de carbono.
Exemplo: o carvão vegetal é carbono obtido a partir da madeira ou
resíduos vegetais como casca de coco. O material é aquecido a cerca
de 550ºC sem a presença de ar (em recipientes metálicos ou de
barro), de forma que os compostos orgânicos voláteis são
evaporados, restando apenas o carbono e alguns resíduos minerais, que
são as cinzas produzidas na queima do carvão vegetal.
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| Grandeza |
Valor |
Unidade |
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Massa específica do sólido |
2267 |
kg/m3 |
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Ponto de fusão |
3527 |
°C |
| Calor de fusão |
117 |
kJ/mol |
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Ponto de ebulição |
4027 |
°C |
| Calor de vaporização |
715 |
kJ/mol |
| Eletronegatividade |
2,55 |
Pauling |
| Estados de oxidação |
+4 +2 -4 |
- |
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Resistividade elétrica |
≈ 1000 |
10-8 Ω
m |
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Condutividade térmica |
129 |
W/(m°C) |
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Calor específico |
710 |
J/(kg°C) |
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Coeficiente de expansão térmica |
0,71 |
10-5
(1/°C) |
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Estrutura cristalina |
hexagonal |
- |
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Compostos e/ou
reações - alguns exemplos |
↑Topo
• Fim↓ |
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Carbono é um elemento único, pela enorme quantidade de compostos que
pode formar. Em combinação com oxigênio, hidrogênio, nitrogênio e
outros elementos, ele forma uma vasta coleção de compostos, muitos com
átomos de carbono ligados entre si. Existem perto de 10 milhões de
compostos de carbono, muitos dos quais essenciais para a vida e processos
orgânicos.
Sem o carbono, a vida seria impossível. É o único elemento que tem a
capacidade de formar longas cadeias de átomos, que fazem as estruturas
básicas dos compostos presentes nas células. Há algum tempo, cogitou-se que
o silício poderia substituir o carbono, formando compostos similares
(vida base silício). Entretanto, foi verificado que não é possível
formar compostos estáveis de silício com longas cadeias.
Carbono está presente em muitas das fontes de energia que o homem usa
(carvão, petróleo, gás natural).
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Reação com oxigênio |
C + O2 →
CO2. Se a quantidade de oxigênio é insuficiente, há
formação do monóxido:
2C + O2 →
2CO. |
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Reação com água |
Em condições usuais, não ocorre. Pode ser
forçada pela aplicação de vapor d'água sobre carvão aquecido:
C + H2O → CO + H2. |
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Reação com halogênios |
C + n F2 →
CF4 + C2F6 + C5F12
(ocorre em altas temperaturas. n F2 significa excesso). |
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Aplicações - alguns exemplos |
↑Topo
• Fim↓ |
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Há numerosas aplicações. Aqui não consideramos os aspectos
bioquímicos que, pelas dimensões, devem ser tratados à parte.
Compostos de carbono são extensivamente usados como combustíveis e
lubrificantes. Minerais diversos ocorrem sob a forma de
carbonatos. Diamantes têm uso estético (jóias) e industriais
(corte, abrasão). Carbono amorfo é usado como absorvente, em
pigmentos, na produção de borracha, etc. O isótopo 14C é empregado
na datação de objetos arqueológicos.
Grafite é um razoável condutor de calor e eletricidade com elevado
ponto de fusão (≈ 3500ºC). É resistente a choques térmicos e
quimicamente quase inerte. Resiste à oxidação, tem baixa absorção
de raios-X e muito pequeno coeficiente de atrito. Algumas aplicações
são refratários, cadinhos, lubrificantes sólidos, escovas
elétricas, baterias, borrachas, revestimentos condutivos, metais
sinterizados, etc
O carvão vegetal, em especial o de casca de coco, pode ser submetido
a um processo de ativação, que consiste, entre outros, no
tratamento com vapor sob temperaturas acima de 800ºC por períodos
entre 12 e 24 h. Isso cria uma extensa rede de minúsculos poros no
material, que pode apresentar superfícies tão altas quanto 500 a
1500 m² por grama, tornando-o um absorvente eficaz. É o chamado carvão
ativo, de importantes e diversos usos. Exemplos: purificação
água, remoção de odores, recuperação de solventes, remoção de
resíduos radioativos, aplicações medicinais, etc.
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O carbono-12 foi adotado como referência para
pesos atômicos. O carbono-14 é usado
para a determinação da idade de achados arqueológicos que o contêm.
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A coluna % natural indica o teor encontrado no elemento natural. Valor nulo indica produção artificial. Símbolos para tempos de meia vida: s (segundo), m (minuto), h (hora), d (dia), a (ano). A
tabela contém os principais isótopos do elemento. Não são necessariamente todos.
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| Simb |
%
natural |
Massa |
Meia
vida |
Decaimento |
| 9C |
0 |
9,0310 |
0,127 s |
CE p/ 9B
CE + p p/ 8Be
CE + 2α p/ 2H |
| 10C |
0 |
10,0169 |
19,3 s |
CE p/ 10B |
| 11C |
0 |
11,0114 |
20,3 m |
CE p/ 11B |
| 12C |
98,93 |
12,0000 |
Estável |
- |
| 13C |
1,07 |
13,0034 |
Estável |
- |
| 14C |
0 |
14,0032 |
5715 a |
β-
p/ 14N |
| 15C |
0 |
15,0106 |
2,45 s |
β-
p/ 15N |
| 16C |
0 |
16,0147 |
0,75 s |
β-
p/ 16N |
| 17C |
0 |
17.0226 |
0,19 s |
β-
p/ 17N
β- + n p/ 16N |
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Sobre a datação com
carbono-14 |
↑Topo
• Fim↓ |
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Raios cósmicos, ao atingirem camadas altas da atmosfera, arrancam
nêutrons de alguns átomos. Um nêutron, ao colidir com um átomo do
elemento mais abundante (nitrogênio), forma um átomo de 14C
e um de hidrogênio. O primeiro logo se combina com o oxigênio para
formar uma molécula de dióxido de carbono. Assim, no CO2 da
atmosfera, sempre há uma pequena proporção de 14C.
Plantas
absorvem dióxido de carbono e homens e animais também, por ingerirem as
mesmas direta ou indiretamente. Portanto, seres vivos têm sempre uma
pequena proporção do isótopo, idêntica à de equilíbrio na
atmosfera e, quando morrem, a absorção cessa.
Desde que 14C é um isótopo radioativo do carbono,
depois da morte a quantidade diminui gradativamente devido ao decaimento, uma vez que não há mais absorção pelo metabolismo. A
meia vida do isótopo é relativamente alta conforme tabela e,
portanto, o nível da radiação emitida tem relação com a idade da
amostra arqueológica.
Esta é uma descrição resumida do método, que valeu um Prêmio Nobel
ao seu descobridor, Willard Libby.
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