Átomo de carbono

Explicamos o que é carbono, por que esse elemento é tão importante para a vida e quais são suas principais características.

Átomo de carbono
Pode ser combinado com metais e não metais.

O que é o átomo de carbono?

O carbono é o elemento majoritário na Terra e essencial para a vida . É o principal componente da matéria orgânica; também integra o produto final do metabolismo da maioria dos seres vivos e do processo de combustão: o dióxido de carbono .

O carbono ocorre sob inúmeras estruturas e também de forma amorfa ; suas propriedades físicas costumam ser muito contrastantes. Tem a propriedade de poder combinar-se com quase todos os elementos ; Pode ser combinado com metais e não metais (exemplos: carboneto de cálcio, dissulfeto de carbono, clorofórmio, etc.).

Cerca de 10 milhões de compostos de carbono são estimados , muitos deles essenciais para a vida no planeta .

Abaixo, de forma resumida, as características e propriedades do carbono.

Veja também: Química orgânica

Características do átomo de carbono :

  1. Número atômico 6 e número de massa 12

Átomo de carbono
O carbono tem 6 prótons e 6 nêutrons em seu núcleo. 

Isso significa que ele tem 6 prótons e 6 nêutrons em seu núcleo , e que esse núcleo está rodeado por 6 elétrons. Esses elétrons são distribuídos em sua estrutura da seguinte maneira: dois em seu primeiro nível (chamados de s ) e quatro em seu segundo nível (chamados de p ).

  1. É tetravalente

Isso significa que, como observado, ele tem 4 elétrons orbitando em seu último nível de energia , que podem se combinar com os elétrons mais externos de outros átomos , geralmente de carbono, formando ligações covalentes .

  1. Três possíveis hibridizações

Em virtude daqueles quatro elétrons na camada mais externa que podem se combinar com elétrons de outros átomos, o átomo de carbono pode formar três tipos de ligações , que têm implicações para a geometria molecular final. Esses links podem ser:

  • simples (hibridização sp3)
  • duplas (hibridização sp2)
  • triplo (hibridização sp)
  1. Três configurações possíveis

Átomo de carbono
A ligação tripla determina a formação de uma estrutura linear, com ângulos de 180 °.

Uma vez que o tipo de ligação determina o ângulo de ligação , por sua vez, existem três geometrias moleculares possíveis quando o carbono participa de uma ligação:

  • A ligação simples determina a formação de um tetraedro, com ângulos de 109,5 °
  • A dupla ligação determina a formação de uma estrutura triangular plana, com ângulos de 120 °
  • A ligação tripla determina a formação de uma estrutura linear, com ângulos de 180 °
  1. Três graus de reatividade

A ligação simples determina a maior distância entre os átomos de carbono (1,54 Armstrongs) e, portanto, a maior estabilidade ou menor reatividade (nível de energia: 347 Kj / mol). A ligação dupla “reúne” os átomos de carbono (1,34 Armstrongs) e torna a ligação mais reativa (598 Kj / mol). A ligação tripla é aquela que aproxima os átomos de carbono uns dos outros (1,20 Armstrongs), então estes são os mais reativos (811 Kj / mol).

  1. Semelhança relativa ao silício

Carbon é o primeiro membro do grupo IV na tabela periódica dos elementos. O silício segue neste mesmo grupo, que também possui 4 elétrons em sua camada mais externa. No entanto, o silício não pode formar ligações múltiplas silício-silício devido à repulsão gerada por um maior número de elétrons internos, o que significa que os átomos não podem se aproximar o suficiente.

  1. Tem alotropia

Grafite - átomo de carbono
A grafite é um dos alótropos mais importantes do carbono.

Isso significa que pode ocorrer sob diferentes estruturas moleculares , no mesmo estado físico, dependendo das condições de formação. Os alótropos mais importantes de carbono são:

  • Diamante
  • Grafite
  • Lonsdaleite
  • Buckminsterfullerene
  • Nanotubo de carbono
  • Carbono amorfo
  • Grafeno
  1. Apresenta isótopos

O carbono possui apenas dois isótopos naturais: o carbono 12, que é a maioria (98,90%), e o carbono 13 , presente em proporção mínima (1,10%). Além disso, existem treze isótopos instáveis ​​cuja meia-vida ou meia-vida varia de 200 nanossegundos (como no carbono 22) a 5730 anos (como no carbono 14). O carbono 13 é usado em estudos estruturais (especialmente RMN), o carbono 14 é usado para datar objetos arqueológicos, devido à sua meia-vida muito longa.

  1. É facilmente combinado

Átomo de carbono
Estima-se que existam cerca de 10 milhões de compostos de carbono.

O carbono pode combinar-se com metais e não metais (exemplos: carboneto de cálcio, dissulfeto de carbono, clorofórmio, etc.). Estima-se que existam cerca de 10 milhões de compostos de carbono, muitos deles essenciais para a vida.

  1. Kekulé e os fundamentos da química orgânica

O químico alemão August Kekulé postulou em 1858 uma teoria estrutural que permitia explicar o fenômeno de ressonância do benzeno, composto por 6 átomos de carbono e 6 átomos de hidrogênio. Isso foi fundamental como um antecedente para o conceito de ligação covalente introduzido por Lewis, que serve como base para a compreensão da química do carbono em geral.