O Carbono

1. O Carbono Propriedades do átomo

2. Relembrando Conceitos • Estrutura Atômica: As 3 principais partículas integrantes do átomo são: • Prótons (dotados de carga elétrica positiva) p • Nêutrons (não possuem carga elétrica) n • Elétrons (dotados de carga elétrica negativa) e A massa do átomo está localizada praticamente no núcleo (formado de prótons e nêutrons) que é circundado pela eletrosfera, formada por elétrons. • Número Atômico (Z) e Número de Massa (A) • O número atômico (Z) é definido pelo número de prótons do elemento químico. Z=p • Se o átomo estiver neutro, ou seja, não possuir carga elétrica: Z=p=e • O número de massa é a soma de prótons com nêutrons: A=p+n • Elemento Químico Conjunto de átomos que possui o mesmo número atômico, ou seja, o mesmo número de prótons. O Carbono

3. Carbono • Elemento não metálico pertencente ao IV grupo da Tabela Periódica. • Z = 6 • Configuração eletrônica: 1s22s22p2 • PF = 3550°C • PE = 4289°C. º C º º º São quatro os elétrons de valência do Carbono, representados como no esquema acima. Os elétrons da camada de valência de um átomo ou de um  íon simples são representados por pontos colocados ao redor do símbolo do elemento. Cada ponto representa um elétron. O Carbono

4. Carbono • O número atômico (Z) do C=6. Então seu núcleo contém 6 prótons e 6 nêutrons (peso atômico ou massa atômica=12), e em torno dele estão 6 elétrons em seus orbitais. Dois elétrons completam a primeira camada, ficando outros 4 na camada de valência. Uma vez que quando formamos ligações entre átomos, nos preocupamos principalmente com os elétrons de valência, ao lado representado. • A letra C representa o núcleo e a primeira camada de elétrons, e os pontos representam os elétrons de valência. Uma vez que 4 outros elétrons são necessários para que o carbono complete o octeto da sua camada de valência, dizemos que o carbono tem valência 4 ou, é tetravalente (Kekulé, 1858). O Carbono O Carbono

5. Tetravalência • Significa que o Carbono pode compartilhar quatro elétrons com outros átomos, de modo a completar o octeto, e assim se estabilizar. • Exemplo: CH4 CH4 Fórmula eletrônica (Lewis) Fórmula Estrutural (Kekulé) O Carbono O Carbono

6. Hibridização sp3 do metano (CH4) Como podemos observar na molécula do CH4 o carbono faz quatro ligações covalentes e o hidrogênio faz uma ligação covalente. Desta forma podemos esperar que o hidrogênio tenha um orbital atômico incompleto e o carbono tenha quatro orbitais atômicos incompletos para poder formar a molécula do CH4, certo? 6C → 1s2 2s2 2p21H → 1s1 No entanto, o carbono possui dois orbitais atômicos incompletos para se ligar ao hidrogênio, como explicar então as quatro ligações covalentes da molécula do CH4? Na molécula do CH4 temos o carbono com hibridação sp3 apresentando geometria tetraédrica com ângulo formado entre os ligantes de 109o28'. O Carbono

7. Carbono • Devido sua posição central na tabela periódica o Carbono não é nem fortemente eletronegativo (que atrai elétrons) nem fortemente eletropositivo (que repele elétrons). Logo, forma ligações com outros átomos por compartilhamento de pares de elétrons ao invés de por doação ou ganho de elétrons, que chamamos de Ligação Covalente ou Ligação Molecular. Em química ainda temos a 1) Ligação Iônica ou Eletrovalente e baseia-se na transferência de elétrons. Ocorre entre um metal e um não metal ou entre um metal e um hidrogênio. 2) Ligação Metálica onde os metais podem se unir entre si ou a outros elementos formando misturas sólidas chamadas ligas metálicas. CARBONO=Ligação Covalente ou Ligação Molecular : baseia-se no compartilhamento de elétrons. Ocorre Entre não metais ou entre um não metal e o hidrogênio. A ligação covalente dativa se estabelece quando o par eletrônico vem apenas de um dos átomos participantes. O Carbono

8. Elementos com elétrons de valência Os elementos precisam de número de elétrons descritos para tornarem-se estáveis, completos no último nível de energia. º º º º º º H N O Cl º º º º º º º º º º º º º 1 1 3 2 monovalente trivalente monovalente bivalente Z=17 / K=2;L=8;M=7 Z=1 / K=1 Z=7 / K=2;L=5 Z=8 / K=2;L=6 O Carbono O Carbono

9. Diagrama de Linus Pauling Número de elétrons em cada orbital • s=2 • p=6 • d=10 • f=14 K L M N O P Q O Carbono O Carbono

10. Valência • Na química, valência é a capacidade que um átomo de um elemento tem de se combinar com outros átomos, capacidade essa que é medida pelo número de elétrons que um átomo pode dar, receber, ou compartilhar de forma a constituir uma ligação química. Isto está relacionado com o número de espaços omissos nas camadas eletrônicas do átomo. • Camada de valência é o último nível de uma distribuição eletrônica, normalmente os elétrons pertencentes à camada de valência, são os que participam de alguma ligação química. É a última camada da eletrosfera, em que o número de elétrons nela presente determina sua estabilidade ou instabilidade. 1º K 22º L 83º M 184º N 325º O 326º P 187º Q 2 eletrosfera camadas eletrônicas O Carbono O Carbono

11. Valência Quando o átomo de carbono está no estado normal, natural ou fundamental, os orbitais dos subníveis 1s e 2s estão completos (ambos com dois elétrons) e o subnível 2p possui dois elétrons (um em cada orbital 2px e 2py). O orbital do subnível 2pz está vazio O Carbono

12. Valência Por ter apenas dois orbitais incompletos no último nível de energia L (2s2  e  2p2), o átomo de carbono é bivalente (pode ceder ou receber somente dois elétrons). O átomo de carbono no estado normal passa para o estado excitado ou ativado, transferindo um elétron do orbital do subnível 2s para o orbital do subnível 2pz O Carbono

13. Valência O átomo de carbono no estado excitado ou ativado possui no último nível de energia L, os orbitais dos subníveis 2s, 2px, 2py e 2pz incompletos (um elétron em cada orbital). Carbono: Z=6 na camada K=2 e na camada L=4 O Carbono

14. Spin – eixos x, y, z O Carbono

15. Diamante/Grafite O Carbono O Carbono

16. Diamante • O diamante de Cullinan I também é chamado de "Estrela da África" e tem 530,20 quilates. É o lapidado do maior diamante já encontrado, com 3106 quilates. Foi descoberto em 1908 na África do Sul e encontra-se no Museu da "Torre de Londres", na Inglaterra O quilate é uma unidade de massa usada no comércio de gemas desde a Antigüidade. O seu valor variava conforme a região. Em 1907 foi adotado o valor de 200 mg ou 0,2 g para o quilate O Carbono O Carbono

17. Diamante • O diamante de Dresden tem 41 quilates e provavelmente é originário da Índia, tendo sido encontrado por volta do ano 1700. Encontra-se na cidade de Dresden, na Alemanha. O Carbono O Carbono

18. Diamante • O diamante Tiffany tem 128,51 quilates. Foi encontrado na mina Kimberley na África do Sul, em 1878. Quando bruto pesava 287,42 quilates. Foi lapidado em Paris e tem 90 facetas. O Carbono O Carbono

19. Diamante • Diamante bruto, carbono puro, cristalino, muito duro. Ocorre em várias cores. O Carbono O Carbono

20. Diamante • O diamante foi a primeira pedra preciosa explorada comercialmente no Brasil. De 1725 a 1866 nosso país foi o maior produtor mundial destagema. • Os diamantes eram extraídos dos arredores da cidade deDiamantina, situada às margens do Rio Jequitinhonha, em MinasGerais, mas é na região de Estrela do Norte, no extremo oeste do Estado que têm sido encontradas os maiores exemplares. • Entre os diamantes brasileiros mais famosos estão o Presidente Vargas, de 726 quilates, o Darcy Vargas, de 460 quilates e o Presidente Dutra, de342 quilates. O Carbono O Carbono

21. Grafite • Substância lamelar, preta e mole. • Ocorre naturalmente e também pode ser obtida pelo processo de Acheson, que envolve o aquecimento de coque com argila para formar carbeto de silício, SiC, que perde o silício a 4150°C, ficando o grafite. • No grafite, os átomos de carbono estão arranjados em camadas e cada átomo está circundado por outros três, com os quais forma ligações simples ou duplas. • As camadas são mantidas juntas por forças fracas de Van der Waals. • Tem várias aplicações incluindo contatos elétricos, equipamentos para altas temperaturas e lubrificantes sólidos. • Grafite misturado com argilas constitui a mina dos lápis. O Carbono O Carbono

22. Ciclo do Carbono na Natureza • O Ciclo do Carbono consiste na transferência do carbono na natureza, através das várias reservas naturais existentes, sob a forma de dióxido de carbono.   Para equilibrar o processo de respiração, o carbono é transformado em dióxido de carbono. • Outras formas de produção de dióxido de carbono são através das queimadas e da decomposição de material orgânico no solo.  Os processos envolvendo fotossíntese nas plantas e árvores funcionam de forma contrária. Na presença da luz, elas retiram o dióxido de carbono, usam o carbono para crescer e retornam o oxigênio para atmosfera. Durante a noite, na transpiração, este processo inverte, e a planta libera CO2 excedente do processo de fotossíntese. • Os reservatórios de CO2 na terra e nos oceanos são maiores que o total de CO2 na atmosfera. Pequenas mudanças nestes reservatórios podem causar grandes efeitos na concentração atmosférica. O carbono emitido para atmosfera não é destruído, mas sim  redistribuído entre diversos reservatórios de carbono, ao contrário de outros gases causadores do efeito estufa, que normalmente são destruídos por ações químicas na atmosfera. O Carbono O Carbono

23. Ciclo do Carbono na Natureza • A escala de tempo de troca de reservas de carbono pode variar de menos de um ano a décadas, ou até mesmo milênios. Este fato indica que a perturbação  atmosférica causada pela concentração do CO2 para que possa voltar ao equilíbrio não pode ser definido ou descrito através de uma simples escala de tempo constante. Para ter-se alguns parâmetros científicos, a estimativa de vida para o dióxido de carbono atmosférico é definida em aproximadamente cem anos. A utilização de uma escala simples pode criar interpretações errôneas. A redução do desmatamento poderá contribuir muito consideravelmente para a redução do ritmo de aumento dos gases causadores do efeito estufa, possibilitando outros benefícios, como a conservação dos solos e da biodiversidade. Esta redução do desmatamento deve estar associada a alternativas econômicas, para garantir a qualidade de vida das populações das regiões florestais. O Carbono O Carbono

24. Ciclo do Carbono O Carbono