Carbono (C)

Principais propriedades

O carbono é notável por sua capacidade de formar quatro ligações estáveis e cadeias de comprimento praticamente ilimitado, o que dá origem a mais compostos do que todos os outros elementos somados. Essa versatilidade é a razão de existir um campo inteiro dedicado a ele, a química orgânica.

Suas formas elementares têm propriedades radicalmente diferentes: o diamante é o material natural mais duro e isolante elétrico, a grafite é mole, escura e conduz corrente, e estruturas como fulerenos, nanotubos e grafeno reúnem resistência mecânica excepcional e condutividade elevada.

Ocorrência na natureza

Ocorre livre como grafite e diamante e combinado em carbonatos, carvão, petróleo, gás natural e em todos os seres vivos. Na atmosfera, aparece sobretudo como dióxido de carbono, cuja concentração crescente está no centro do debate climático.

Processo de obtenção

A grafite é extraída de depósitos naturais ou produzida a partir de coque em fornos elétricos. Diamantes sintéticos são fabricados sob alta pressão e temperatura ou por deposição de vapor, e hoje respondem pela maior parte do uso industrial.

Aplicações

O carvão e o coque sustentam a siderurgia, transformando minério de ferro em aço. A grafite serve de eletrodo, lubrificante sólido, componente de baterias e material de lápis; diamantes cortam, perfuram e polem materiais duros. Fibras de carbono compõem estruturas leves e resistentes na aeronáutica e no esporte, e o carvão ativado purifica água e ar.

Importância biológica

O carbono é o esqueleto de proteínas, açúcares, gorduras e ácidos nucleicos: cerca de 18% da massa do corpo humano é carbono. Seu ciclo entre atmosfera, oceanos, solo e seres vivos é um dos processos fundamentais que regulam o clima do planeta.

Riscos e precauções

As formas elementares são pouco tóxicas, mas a inalação prolongada de poeira de carvão causa doenças pulmonares graves, e por isso a exposição ocupacional é regulada. O monóxido de carbono, gerado em combustão incompleta, é um gás inodoro e letal: aquecedores e motores nunca devem funcionar em ambientes fechados. Em suspeita de intoxicação, procure atendimento médico imediato.

História da descoberta

Carvão, fuligem e diamante são usados desde a pré-história, mas a compreensão de que se tratava do mesmo elemento veio no fim do século XVIII, com experimentos de combustão de Antoine Lavoisier e da queima de diamantes que produziu apenas dióxido de carbono. As formas descobertas no século XX, como fulerenos, nanotubos e grafeno, renderam prêmios Nobel e abriram a era dos nanomateriais.

Origem do nome

Do latim carbo, carvão, material pelo qual o elemento foi conhecido por milênios antes de ser identificado como substância elementar.

Isótopos relevantes

¹²C (cerca de 98,9%), ¹³C (cerca de 1,1%) e ¹⁴C, radioativo e presente em quantidades ínfimas, usado em datação.

Isótopos são átomos do mesmo elemento com quantidades diferentes de nêutrons. Eles compartilham o comportamento químico, mas diferem em massa e em estabilidade nuclear. Veja a definição no glossário.

Curiosidades

• Grafite e diamante são compostos apenas de carbono: a diferença está no arranjo dos átomos.
• A datação por carbono-14 permite estimar a idade de materiais orgânicos de até algumas dezenas de milhares de anos.
• O grafeno, uma folha de um único átomo de espessura, é um dos materiais mais resistentes já medidos.