História
O carbono ocorre naturalmente como antracito (um tipo de carvão), grafite e diamante.
Mais prontamente disponíveis historicamente era fuligem ou carvão.
Em última análise, estes diversos materiais foram reconhecidos como formas do mesmo elemento.
Não surpreendentemente, diamante representava a maior dificuldade de identificação.
Naturalista Giuseppe Averani e médico Cipriano Targioni de Florença foram os primeiros a descobrir que os diamantes poderiam ser destruídas por aquecimento.
Em 1694 eles centrou a luz solar para um diamante usando uma grande lupa e a jóia acabou por desaparecer.
Pierre-Joseph Macquer e Godefroy de Villetaneuse repetiu a experiência em 1771.
Então, em 1796, o químico Inglês Smithson Tennant finalmente provou que o diamante era apenas uma forma de carbono, mostrando que como ele queimou-formado apenas CO 2.
Símbolo - C
Elemento não metálico pertencente ao IV grupo da Tabela Periódica.
Número atômico: 6
Massa atômica: 12,0107 amu
Ponto de fusão: 3500,0 ° C (K 3773,15, 6332,0 ° F)
Ponto de ebulição: 4827,0 ° C (5.100,15 K, 8720,6 ° F)
Número de prótons / Elétrons: 6
Número de nêutrons: 6
Classificação: não-metálicos
Densidade @ 293 K: 2,62 g / cm3
Cor: Pode ser preto
Data da descoberta: Conhecido pelos antigos
Descobridor: Desconhecido
Nome de Origem: A partir do carbo Latina (carvão)
Usos: aço, filtros
Obtido a partir de: queima com oxigênio insuficiente.
Ele tem dois isótopos estáveis (com números de massa 12 e 13) e 4 radioativos (números de massa 10, 11, 14 e 15).
O 14C é usado no processo de datação.
Quimicamente, é o único elemento capaz de formar muitos compostos contendo cadeias e anéis apenas de átomos de carbono.
Apresenta três formas alotrópicas: diamante, grafite e fulereno. A figura abaixo ilustra as estruturas destas três formas.
Estrutura atômica
Número de níveis de energia: 2
Primeiro Nível de energia: 2
Segundo Nível de energia: 4
O carbono é único na suas propriedades químicas porque forma um número de componentes do que o número resultante da adição de todos os outros elementos em combinação uns com os outros.
O grupo maior de todos estes componentes é constituído por carbono e hidrogênio. Sabemos que um mínimo de cerca de 1 milhão de componentes orgânicos eo número está crescendo rapidamente a cada ano. Embora a classificação não é rigoroso, de carbono forma uma outra série de compostos inorgânicos considerados em um número significativamente menor do que a de compostos orgânicos.
Carbono elementar existe em duas formas cristalinas alotrópicas bem definidos: o diamante e grafite. Outras formas são menos cristalizado fábrica de negro de fumo e vapor. Quimicamente carbono puro pode ser preparado por decomposição térmica de açúcar (sacarose), na ausência de ar.
As propriedades físicas e químicas de carbono dependerá da estrutura cristalina do elemento.
Sua densidade varia entre 2,25 g / cc (1,30 oz / in ³) de grafite e 3,51 g / cc (2,03 oz / in ³) para o diamante.
O ponto de fusão de grafite é de 3500 º C (6332 º F) eo ponto de ebulição é extrapolado 4830 º C (8726 ° F).
Carbono elementar é uma substância inerte, insolúvel em água, bem como solventes orgânicos. A temperaturas elevadas, que se liga com oxigênio para formar monóxido de carbono ou dióxido de carbono . Com quentes agentes oxidantes, tais como o ácido nítrico e nitrato de potássio, ácido metil C6 (CO2 H) 6 é obtido. Entre os halogêneos, carbono elementar apenas reage com o flúor . Um grande número de metais combinar com o elemento a temperaturas elevadas para formar carbonetos.
Faz três componentes gasosos com o oxigênio: monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2) e suboxide carbono (C3O2). Os dois primeiros são o ponto mais importante de vista industrial. Carbono forma compostos com halogênio como CX fórmula geral 4, onde X é o flúor , o cloro , o bromo ou iodo.
À temperatura ambiente, o tetrafluoreto de carbono é um gás, o líquido é tetracloreto e os outros dois compostos são sólidos. Sabemos também que os halogenetos de carbono. O mais importante de todos pode ser o diclorodifluorometano, CCl 2 F2, chamado freon.
De carbono e os seus componentes são amplamente distribuídos na natureza. O carbono é estimado 0,032% da crosta terrestre. De carbono livre é encontrado em reservatórios grandes, tais como forma de carvão, amorfo do elemento com outros compostos complexos de carbono-hidrogênio de azoto. O carbono puro cristalino é encontrado como grafite e do diamante.
Grandes quantidades de carbono são encontrados em compostos. De carbono está presente na atmosfera, como o dióxido de carbono (0,03% por volume).
Diversos minerais como calcário, dolomita, gipsita e mármore, contêm carbonatos. Todas as plantas e animais vivos são constituídos pelos compostos orgânicos complexos em que o carbono é combinado com o hidrogênio, o oxigênio, o azoto e outros elementos.
Os restos de plantas vivas e animais formam depósitos: asfalto, óleo e betume. Os campos de gás natural contêm compostos formados por carbono e hidrogênio.
O elemento livre tem muitos usos, incluindo decoração de jóias com diamantes e tinta preta usada para impressoras carro jantes ou tinta. Outra forma de carbono, grafite, é utilizado para cadinhos de alta temperatura, a peça central eléctrodos de célula seca e luz, tocos de lápis e como um lubrificante. O carbono de planta, uma forma amorfa de carbono é utilizado como agente de gás absorvente e de branqueamento.
Os compostos de carbono têm muitos usos. O dióxido de carbono é usado na gaseificação de bebidas, em extintores de incêndio, e em semicondutores, como refrigerador (gelo seco). O monóxido de carbono é utilizado como agente redutor em muitos processos metalúrgicos. Tetracloreto de carbono e dissulfureto de carbono são importantes solventes industriais. Freon é usado em sistemas de refrigeração. Carboneto de cálcio é usado para fazer o acetileno e é usado para a soldadura de metais e de corte, bem como para a preparação de outros compostos orgânicos. Carbonetos metálicos Outros têm usos importantes como resistência ao calor e cortadores de metal.
Efeitos sobre a saúde de carbono
Carbono elementar tem uma toxicidade muito baixa. Os dados sobre os riscos de saúde aqui apresentados se baseiam na exposição ao negro de carbono, o carbono não elementar. A exposição à inalação crônica de negro de fumo pode causar danos temporários ou permanentes aos pulmões e coração.
Pneumoconiose foi encontrada em trabalhadores da produção de carvão. Inflamação dos folículos pilosos, e lesões da mucosa bucal também foram relatados.
Carcinogenicidade: O negro de fumo foi listado pela Agência Internacional para Pesquisa sobre Câncer (IARC) no Grupo 3 (o agente não é classificável quanto à carcinogenicidade para seres humanos com respeito.)
O carbono 14 é um dos radionuclídeos envolvidos em testes atmosféricos de armas nucleares, que começou em 1945 por um teste dos EUA, e terminou em 1980 com um teste chinês. Ele está entre os radionuclídeos de vida longa que produziram e continuam a produzir um aumento do risco de câncer durante décadas e séculos vindouros. Também pode atravessar a placenta, tornam-se ligado organicamente para as células crescem e, por conseguinte, pôr em perigo o feto.
Impacto sobre o ambiente de carbono: Nenhum efeito negativo sobre o meio ambiente têm sido relatados.
Papel biológico
O carbono é essencial para a vida. Isto é porque é capaz de formar uma enorme variedade de cadeias de diferentes comprimentos. Antigamente pensava-se que as moléculas baseadas em carbono da vida só pode ser obtido a partir de seres vivos. Eles foram pensados para conter uma "centelha de vida". No entanto, em 1828, a ureia foi sintetizada a partir de reagentes inorgânicos e os ramos da química orgânica e inorgânica foram unidos.
Os seres vivos obter quase todo o seu carbono a partir de dióxido de carbono, quer a partir da atmosfera ou dissolvido em água. Fotossíntese pelas plantas verdes e plâncton fotossintético usa a energia do sol para separar a água em oxigênio e hidrogênio. O oxigênio é liberado para a atmosfera, água fresca e mares, e junta-se o hidrogênio com o dióxido de carbono para produzir carboidratos.
Alguns dos hidratos de carbono são utilizados, juntamente com o azoto, fósforo e outros elementos, para formar as outras moléculas de monómero de vida. Estas incluem bases e açúcares para ARN e de ADN e aminoácidos para proteínas.
Viver coisas que não fotossíntese têm que confiar em consumir outros seres vivos para a sua fonte de moléculas de carbono. Seus sistemas digestivos quebrar os hidratos de carbono em monómeros que eles podem usar para construir suas próprias estruturas celulares. A respiração fornece a energia necessária para estas reações. Na respiração de oxigênio reencontra hidratos de carbono, para formar dióxido de carbono e água novamente. A energia libertada por esta reação é feita disponível para as células.
Usos
O carbono é único entre os elementos na sua capacidade de formar cadeias fortemente ligadas, vedada por átomos de hidrogênio. Estes hidrocarbonetos, extraído naturalmente como combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás natural), são utilizados principalmente como combustíveis. Uma fração pequena mas importante é usado como um matéria-prima para as indústrias petroquímicas produção de polímeros, fibras, tintas, solventes e plásticos etc.
Carbono impuro, sob a forma de carvão vegetal (de madeira) e o coque (de carvão) é utilizado na fundição de metais. É particularmente importante para as indústrias do ferro e do aço.
Grafite é usado em lápis, para fazer escovas em motores elétricos e em revestimento interior de fornos. O carvão ativado é utilizado para a purificação e filtração. Pode ser encontrada nos respiradores e exaustores.
A fibra de carbono é encontrar muitos usos como um muito forte, ainda leve, material. Ele é usado atualmente em raquetes de tênis, esquis, varas de pesca, foguetes e aviões.
Diamantes industriais são utilizados para o corte de rochas e de perfuração. Filmes de diamante são usados para proteger as superfícies, tais como lâminas de barbear.
A descoberta mais recente de nanotubos de carbono, outros fulerenos e folhas atômicas-fino de grafeno tem revolucionado desenvolvimentos de hardware na indústria eletrônica e na nanotecnologia em geral.
150 anos atrás, a concentração natural de dióxido de carbono na atmosfera da Terra era de 280 ppm. Em 2013, como um resultado da combustão de combustíveis fósseis com oxigênio, foi de 390 ppm. Dióxido de carbono atmosférico permite que a luz visível, mas impede que alguns escapando infravermelho (o efeito estufa natural). Isso mantém a Terra quente o suficiente para sustentar a vida. No entanto, um efeito de estufa está em andamento, devido a um aumento induzida pelo homem, no dióxido de carbono atmosférico. Isso está afetando as coisas vivas como as nossas mudanças climáticas.
Propriedades físicas
Carbono existe num número de formas alotrópicas.
Alótropos são formas de um elemento com diferentes propriedades físicas e químicas.
Dois alótropos do carbono têm estruturas cristalinas: diamante e grafite.
Em um material cristalino, os átomos estão dispostos num padrão ordenado puro.
Grafite é encontrado em lápis "chumbo" e lubrificantes de rolamento de esferas.
Entre os allotropes não cristalinas de carbono são o carvão, lampblack, carvão vegetal, negro de carbono, e coque.
O negro de carbono é semelhante a fuligem. O coque é quase pura de carbono formada quando o carvão é aquecido na ausência de ar.
Alótropos de carbono que não possuem estrutura cristalina são amorfos, ou sem forma cristalina.
Os alótropos do carbono têm muito diferentes propriedades físicas e químicas.
Por exemplo, o diamante é o mais difícil substância natural conhecida. Tem uma classificação de 10 na escala de Mohs.
A escala de Mohs é uma forma de expressar a dureza de um material. Ele vai de 0 (para talco) a 10 (para o diamante).
O ponto de fusão do diamante é de cerca de 3700 ° C (6700 ° F) e seu ponto de ebulição é de cerca de 4200 ° C (7600 ° F).
A sua densidade é de 3,50 gramas por centímetro cúbico.
Por outro lado, a grafite é um material muito macio. Ele é frequentemente usado como o "chumbo" em lápis de chumbo.
Ele tem uma dureza de 2,0 a 2,5 na escala de Mohs. Grafite não derrete quando aquecida, mas sublima a cerca de 3.650 ° C (6.600 ° F).
Sublimação é o processo pelo qual um sólido alterações diretamente a um gás quando aquecido, em primeiro lugar, sem alterar a um líquido.
A sua densidade é de cerca de 1,5 a 1,8 gramas por centímetro cúbico.
O valor numérico para estas propriedades varia dependendo de onde se origina a grafite.
As formas amorfas de carbono, assim como outros materiais não cristalinos, não tem claras fusão e de ebulição pontos. Suas densidades variam dependendo de onde são originários.
Propriedades quimicas
Carbono não se dissolver em ou reagem com a água, ácidos, ou a maioria dos outros materiais.
Ele, no entanto, reagir com o oxigênio. Ele queima no ar para produzir dióxido de carbono (CO 2) e monóxido de carbono (CO).
A combustão (queima) de carvão deu origem à Revolução Industrial (1700-1900).
Outra propriedade muito importante e muito incomum de carbono é a sua capacidade para formar longas cadeias. Não é incomum para dois átomos de um elemento de combinar uns com os outros.
Oxigênio (O2),azoto (N 2),o hidrogênio (H2), cloro (Cl 2), e bromo (Br2) são alguns dos elementos que podem fazer isso.
Alguns elementos podem fazer ainda mais longas cadeias de átomos. Anéis de seis e oito átomos de enxofre (S 6 e S 8), por exemplo, não são incomuns.
O carbono tem a capacidade de fazer cordas virtualmente infinitas de átomos. Se fosse possível olhar para uma molécula de quase todo o plástico, por exemplo, uma cadeia longa de átomos de carbono ligados um ao outro (e a outros átomos bem) seria evidente. Cadeias de carbono pode ser ainda mais complicada.
Algumas cadeias têm cadeias laterais pendurado eles.
Não há quase nenhum limite para o tamanho e forma das moléculas que podem ser feitas com átomos de carbono.
Fulerenos são uma forma recentemente descoberto de carbono puro. Estas esferas são feitas de exatamente 60 átomos de carbono com ligações.
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