O carbono é um dos elementos químicos não-metal que integra o grupo 14 da tabela periódica. Como integrante desse grupo, ele é também tetravalente, ou seja, pode realizar até quatro ligações com elétrons diferentes.
Na tabela periódica, é representado pelo símbolo C. Tem número atômico 6, ou seja, 6 prótons e 6 elétrons, massa atômica de 12 u, e pode ser encontrado em vários estados físicos, desde líquidos até os mais sólidos.
Ele está presente em muitas matérias e é muito variável. Ele é um alótropo, fenômeno onde o mesmo elemento químico pode originar duas ou mais substâncias diferentes. Além dele, são alótropos o oxigênio, o enxofre e alguns outros.
As propriedades físicas do carbono podem variar de acordo com a sua forma alotrópica. Ele pode ser encontrado na forma de diamante, que é considerado o material mais duro da natureza, e tem estrutura transparente, ou na forma de grafite, um material macio que é utilizado na produção do lápis.
Na sua composição, três dos isótopos tem formação natural e apenas um quarto apresenta radioatividade. Para isso, precisa de cerca de 5.700 anos para decompor. Ele é o 15º elemento mais presente no planeta terra e o 4º em maior quantidade no universo, ficando atrás apenas do hidrogênio, do hélio e do oxigênio.
O carbono está presente em todas as formas de vida. No corpo humano, ele é o segundo elemento com maior número em massa, com cerca de 18,5%, perdendo apenas para o oxigênio, que compõe 65%.
Propriedades alotrópicas do carbono
São conhecidas cinco variações do carbono em sua condição alotrópica. Essa variação depende das ligações que ele realiza com outros elementos químicos, dando origem a novas substâncias.
O mineral grafite é uma dessas substâncias. Apesar de apresentar pouca resistência, é um excelente condutor elétrico, sendo utilizado em materiais eletrônicos como baterias, por exemplo. É mais conhecido por ser usado na composição do lápis.
Ele surge da junção de átomos de forma frouxa, o que permite a sua maleabilidade. Existem minas do material no Brasil e em países como Estados Unidos da América, China, índia e Rússia. As primeiras minas do material foram descobertas na Alemanha em 1400.
O diamante, outro derivado do carbono, é o material mais resistente encontrado na natureza de acordo com a Escala de Mohs. Essa escala determina a dureza dos materiais e foi criada em 1812 pelo alemão Friedrich Mohs. O diamante é riscado apenas por outro diamante.
Para a formação do diamante, são necessárias altas temperaturas e pressão muito forte. Na terra, essas condições são limitadas ao manto, há cerca de 150 quilômetros de profundidade. Nessa região, as temperaturas são de, no mínimo, 1.050°.
Após serem formados, eles sobem para a superfície através de erupção de magmas. Como sobem em grande velocidade, não são consumidos no caminho.
Um diamante foi vendido por 56 milhões de euros em Londres no ano de 2016. A pedra chamada de "The Constellation" tem 813 quilates e mede 6 centímetros.
A terceira forma mais estável de uma variação alotrópica do carbono é o fulereno. Descoberto em 1985, foi a primeira forma alotrópica descoberta no século XX e rendeu a Harold Walter Kroto, Richard Errett Smalley e Robert Curl o Prêmio Nobel de Química em 1996.
Devido a sua resistência, o fulereno é utilizado na fabricação do alumínio. Ele tem ainda utilização em biomedicina, como em atividades antivirais, antioxidante e outras.
Possuem o formato de uma gaiola, ou seja, tem estrutura fechadas em si. Podem ser constituídos por 20, 60, 70, 100, 180, 240 ou 540 átomos de carbono. Os mais comuns e os primeiros a serem descobertos, foram os que possuíam 60 e 70 átomos.
Os nanotubos são outra alotropia, que constituídos de grafeno, uma camada bastante fina de grafite que são enroladas e ganham uma nanoestrutura cilíndrica. Apresentam propriedades semicondutoras e metálicas.
Além de flexíveis e muito resistentes, são extremamente finas. São utilizados em campos como da óptica, da nanotecnologia, da eletrônica e outros.
Em 2004 foi descoberta uma nova alotropia do carbono, que foi chamada de nanoespuma. Ela possui apenas dois miligramas por centímetro cúbico, a menor densidade já relatada para um tipo de sólido.
É a primeira vez que uma forma de carbono puro mostra ferromagnetismo. Sua propriedade física tem baixa densidade e baixa condutividade elétrica.
Química orgânica
Devido a sua importância e presença, o carbono possui um ramo de estudos chamado de química orgânica. Ela é responsável por estudar a estrutura, as propriedades, as reações, as composições e a síntese dos compostos orgânicos que possuem o elemento na composição.
Surge em 1777 através de estudos do químico sueco Torbern Olof Bergman. A área de estudo foi, inicialmente, definida como um ramo de estudo de compostos extraídos de organismos vivos. Mas em 1828 químico alemão Friedrich Wöhler produziu a ureia, composto presente na urina de animais a partir do aquecimento de cianeto de amônio.
Outras experiências posteriores fizeram com que Friedrich August Kekulé propusesse, em 1858, a definição aceita atualmente. Ela diz que a química orgânica é o ramo de estudos de compostos do carbono.
Vale ressaltar que, apesar de todos os compostos orgânicos possuírem o elemento, nem todos são considerados orgânicos, como é o caso do dióxido de carbono, do grafite e de outros.