Introdução à Química

Terms

• metade de vida Em um processo de decaimento radioativo, a quantidade de tempo necessária para acabar com metade do material original (não degradado).
• dataçãoradiométricaUma técnica usada para datar materiais comparando a abundância natural de átomos radioativos com seus produtos de decaimento remanescentes.
• allotropesDiferentes formas de um elemento químico encontrado em seu estado natural.

O carbono é o elemento químico com o símbolo C e o número atômico 6 (contém 6 prótons em seu núcleo). Como membro do grupo 14 na tabela periódica, ele é não metálico e tetravalente, fazendo com que quatro elétrons estejam disponíveis para formar ligações químicas covalentes. O isótopo de carbono mais comum tem 6 prótons e 6 nêutrons, e tem uma massa atômica de 12.0107 amu. A sua configuração de electrões em estado de terra é de 1s22s22p2. O seu estado de oxidação varia de 4 a -4, e tem um valor de eletronegatividade de 2,55 na escala de Pauling. É um sólido, e sublimes a 3.642 °C (tem o ponto de sublimação mais alto de todos os elementos).

Alotrópodes de carbono

O carbono tem várias alotrópodes, ou diferentes formas em que existe. Curiosamente, os alotrópodes de carbono abrangem uma ampla gama de propriedades físicas: o diamante é a substância natural mais dura, e a grafite é uma das substâncias mais macias conhecidas. O diamante é transparente, o último abrasivo, e pode ser um isolante elétrico e condutor térmico. Por outro lado, a grafite é opaca, um lubrificante muito bom, um bom condutor de eletricidade e um isolante térmico. As alotrópodes de carbono não se limitam a diamante e grafite, mas também incluem buckyballs (fullerenes), carbono amorfo, carbono vítreo, nanofoam, nanotubos de carbono, e outros.

Reactividade química do carbono

Os compostos de carbono formam a base de toda a vida conhecida na Terra, e o ciclo carbono-nitrogénio fornece alguma energia produzida pelo sol e outras estrelas. O carbono tem afinidade para se ligar a outros pequenos átomos, incluindo outros átomos de carbono, através da formação de ligações estáveis e covalentes. Apesar de estar presente em um grande número de compostos, o carbono é fracamente reativo em comparação com outros elementos em condições normais. À temperatura e pressão normais, ele resiste à oxidação; não reage com ácido sulfúrico, ácido clorídrico, cloro ou quaisquer metais alcalinos. A temperaturas mais altas, o carbono reagirá com oxigênio para dar óxidos de carbono, e metais para dar carbonetos metálicos.

O carbono tem a capacidade de formar cadeias muito longas de ligações C-C fortes e estáveis de interligação. Esta propriedade permite que o carbono forme um número quase infinito de compostos; de fato, há mais compostos contendo carbono conhecidos do que todos os compostos dos outros elementos químicos combinados, exceto os de hidrogênio (porque quase todos os compostos orgânicos também contêm hidrogênio).

Isótopos de carbono

O carbono tem dois isótopos estáveis e naturais: o carbono-12 e o carbono-13. O carbono-12 faz 98,93% e o carbono-13 forma os restantes 1,07%. A concentração de 12C é ainda maior nos materiais biológicos porque as reações bioquímicas discriminam 13C. A identificação do carbono nos experimentos de RMN é feita com o isótopo 13C. 14C é um isótopo radioativo de carbono com uma meia-vida de 5730 anos. Tem uma abundância natural muito baixa (0,0000000001%), e decai para 14N através do decaimento beta. É usado em datação radiométrica para determinar a idade das amostras carbonadas (de origem física ou biológica) até cerca de 60.000 anos de idade.

No total, existem 15 isótopos conhecidos de carbono e o de vida mais curta destes é 8C, que se decompõe através da emissão de prótons e decaimento alfa, e tem uma meia-vida de 1,98739 x 10-21 segundos. O exótico 19C exibe uma auréola nuclear, o que significa que seu raio é sensivelmente maior do que seria esperado se o núcleo fosse uma esfera de densidade constante.