Carbono

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Carbono : símbolo C; elemento químico não-metálico do grupo 4A da tabela periódica; número atômico: 6; massa atômica: 12,0107; número de prótons/elétrons: 6; número de nêutrons: 6; nome derivado do latim carbo, que significa “carvão”.

O homem primitivo já conhecia o elemento carbono, sob a forma do carvão com que obtinha o fogo. Ao longo da história, o carbono sempre foi o componente essencial de combustíveis como o gás natural, o petróleo e seus derivados, etc.

Com relação à matéria mineral existente na natureza, o carbono está presente na crosta terrestre sob a forma elementar de seus diversos alótropos ou combinado, constituindo, sobretudo, carbonatos.

O fenômeno da alotropia ocorre quando um elemento químico se apresenta sob mais de uma forma, seja diferindo na disposição dos átomos em suas estruturas cristalinas, seja diferindo no número de átomos que compõem suas moléculas. Nosso amigo carbono é encontrado em estado livre na natureza, principalmente sob três formas alotrópicas: duas cristalinas (o diamante e a grafite) e uma pseudo-amorfa (o carvão).

A grafite é um sólido cinza, opaco, mole e escorregadio, que deixa marcas quando risca qualquer superfície, e, por isso, é a matéria-prima dos lápis de escrever. Conduz bem o calor e a eletricidade e é usado como eletrodo em pilhas eletroquímicas, como lubrificante e como moderador em reatores nucleares.

Já o diamante, a substância mais dura conhecida (10, na escala de Mohs), é incolor e transparente e um mau condutor de eletricidade; aquecido a 1.000 °C em atmosfera inerte, converte-se em grafite lentamente; quando suas faces são lapidadas, tem-se o brilhante, que possui grande beleza e é a mais valiosa das pedras preciosas. Também é utilizado industrialmente por sua dureza e propriedades abrasivas.

A terceira forma do carbono é o carvão, sólido considerado amorfo, composto provavelmente de microcristais de grafite. É empregado basicamente como combustível.

Todas essas três substâncias são formadas exclusivamente de átomos de carbono, e a enorme diferença em aspecto e propriedades deve-se ao fato de apresentarem estruturas cristalinas completamente diferentes. Assim, um cristal de grafite consiste em um empilhamento de camadas paralelas de átomos de carbono, sendo cada camada constituída por anéis hexagonais de átomos de carbono ligados entre si e que se estendem infinitamente. Entre as camadas, a distância é suficientemente grande, não permitindo nenhuma ligação localizada. As camadas são mantidas por forças fracas de van der Waals, o que facilita o deslizamento de umas sobre outras, possibilitando seu uso como lubrificante e marcador de superfícies (lápis).

O Carbono

Grafite formado por camadas de átomos de carbono

A estrutura cristalina do diamante é completamente diferente. Cada átomo de carbono possui quatro átomos vizinhos, aos quais está fortemente ligado, formando o conjunto uma estrutura tridimensional extremamente dura e resistente.

Estrutura tridimensional do diamante

Recentemente, em 1990, foi identificada uma nova variedade de carbono: são os fulerenos, moléculas formadas por 60 ou 70 átomos de carbono ligados entre si, constituindo um tipo de gaiola de forma esférica com um arranjo de hexágonos ou pentágonos à semelhança de uma bola de futebol.

Molécula de fulereno

Os fulerenos receberam esse nome devido ao fato de sua forma lembrar as abóbadas geodésicas construídas pelo arquiteto norte-americano Richard Buckminster Fuller (a molécula de fulereno é conhecida como buckyball, “bola do Buck”). Os fulerenos estão presentes na natureza em pequeníssima quantidade; são encontrados na atmosfera, formados pelas descargas elétricas dos relâmpagos, e escondidos na fuligem. Têm sido obtidos industrialmente por diferentes métodos, e hoje são muito utilizados em polímeros, semicondutores, supercondutores, lubrificantes, protetores radioativos etc.

Na atmosfera, o carbono está presente como dióxido de carbono, um componente menor (0,03%).

O carbono forma mais compostos do que todos os outros elementos considerados em conjunto (cerca de seis e meio milhões). Eles são tão numerosos e importantes que, são classificados como um grupo separado, a Química Orgânica, dentro do universo dos compostos químicos. Orgânica, de organismo (vivo), uma vez que nosso companheiro carbono é o componente essencial de todos os seres vivos e forma, juntamente com o hidrogênio, o oxigênio, o nitrogênio e alguns outros poucos elementos, aproximadamente 18% (em massa) de toda a matéria existente nos seres vivos.

Mais ainda… a maior parte da energia de toda a vida animal é fornecida pela oxidação do carbono e de seus compostos. Assim sendo, o reino animal e o vegetal necessitam de carbono para viver e permanecer vivos. Os vegetais obtêm esse carbono por meio do dióxido de carbono existente na atmosfera; pelo processo de fotossíntese, sob a ação da luz, dióxido de carbono e água são convertidos em carboidratos, com a liberação simultânea de oxigênio, essencial à nossa vida. Por sua vez, os animais consomem os carboidratos, respiram o oxigênio e devolvem o dióxido de carbono à atmosfera pelos processos de expiração, excreção e, mesmo, de decomposição de seus corpos após a morte. Esses processos fazem parte do ciclo do carbono.

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