Carbono na natureza: localização, propriedades e usos - Ciência - 2023

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o carbono na natureza pode ser encontrado em diamantes, óleo e grafites, entre muitos outros cenários. Este elemento químico ocupa o sexto lugar na tabela periódica e está localizado na linha horizontal ou período 2 e coluna 14. É não metálico e tetravalente; ou seja, pode estabelecer 4 ligações químicas eletrônicas compartilhadas ou ligações covalentes.

O carbono é o elemento mais abundante na crosta terrestre. Essa abundância, sua diversidade única na formação de compostos orgânicos e sua capacidade excepcional de formar macromoléculas ou polímeros em temperaturas comumente encontradas na Terra, fazem com que sirva como elemento comum a todas as formas de vida conhecidas.

O carbono existe na natureza como um elemento químico sem se combinar nas formas de grafite e diamante. No entanto, na maior parte, é combinado para formar compostos químicos de carbono, como carbonato de cálcio (CaCO3) e outros compostos de petróleo e gás natural.


Também forma vários minerais como antracite, carvão, linhite e turfa. A maior importância do carbono é que ele constitui o chamado “bloco de construção da vida” e está presente em todos os organismos vivos.

Onde o carbono é encontrado e de que forma?

Além de ser o elemento químico componente comum em todas as formas de vida, o carbono na natureza está presente em três formas cristalinas: diamante, grafite e fulereno.

Existem também várias formas minerais amorfas de carvão (antracita, linhita, carvão, turfa), formas líquidas (variedades de óleo) e gasosas (gás natural).

Formas cristalinas

Nas formas cristalinas, os átomos de carbono se unem para formar padrões ordenados com arranjo espacial geométrico.

Grafite

É um sólido preto macio com brilho metálico ou brilho e resistente ao calor (refratário). Sua estrutura cristalina apresenta átomos de carbono unidos em anéis hexagonais que, por sua vez, se unem para formar folhas.


Os depósitos de grafite são raros e foram encontrados na China, Índia, Brasil, Coreia do Norte e Canadá.

Diamante

É um sólido muito duro, transparente à passagem da luz e muito mais denso que o grafite: o valor da densidade do diamante é quase o dobro do grafite.

Os átomos de carbono no diamante são unidos em geometria tetraédrica. Da mesma forma, o diamante é formado a partir do grafite submetido a condições de temperaturas e pressões muito altas (3000 °C e 100.000 atm).

A maioria dos diamantes está localizada entre 140 e 190 km de profundidade no manto. Por meio de erupções vulcânicas profundas, o magma pode transportá-los a distâncias próximas à superfície.

Existem depósitos de diamantes na África (Namíbia, Gana, República Democrática do Congo, Serra Leoa e África do Sul), América (Brasil, Colômbia, Venezuela, Guiana, Peru), Oceania (Austrália) e Ásia (Índia).

Fulerenos

São formas moleculares de carbono que formam aglomerados de 60 e 70 átomos de carbono em moléculas quase esféricas, semelhantes a bolas de futebol.


Existem também fulerenos menores de 20 átomos de carbono. Algumas formas de fulerenos incluem nanotubos de carbono e fibras de carbono.

Formas amorfas

Na forma amorfa, os átomos de carbono não se unem, constituindo uma estrutura cristalina ordenada e regular. Em vez disso, eles ainda contêm impurezas de outros elementos.

Antracite

É o mais antigo carvão mineral metamórfico (proveniente da modificação das rochas por efeitos da temperatura, pressão ou ação química dos fluidos), já que sua formação data da era primária ou paleozóica, o período Carbonífero.

O antracito é a forma amorfa do carbono com maior teor deste elemento: entre 86 e 95%. É cinza-escuro com brilho metálico e é pesado e compacto.

O antracito é geralmente encontrado em zonas de deformação geológica e constitui aproximadamente 1% das reservas mundiais de carvão.

Geograficamente, é encontrado no Canadá, EUA, África do Sul, França, Grã-Bretanha, Alemanha, Rússia, China, Austrália e Colômbia.

Carvão

É um carvão mineral, rocha sedimentar de origem orgânica, cuja formação data das eras Paleozóica e Mesozóica. Possui um teor de carbono entre 75 e 85%.

É de cor negra, caracterizada por ser opaca e ter um aspecto fosco e gorduroso, por possuir elevado teor de substâncias betuminosas. É formada pela compressão da lignita na era Paleozóica, nos períodos Carbonífero e Permiano.

É a forma de carbono mais abundante do planeta. Existem grandes depósitos de carvão nos Estados Unidos, Grã-Bretanha, Alemanha, Rússia e China.

Lignite

É um carvão mineral fóssil formado no período terciário a partir da turfa por compressão (altas pressões). Possui menor teor de carbono do que o carvão, entre 70 e 80%.

É um material pouco compacto, friável (característica que o distingue de outros minerais de carbono), de cor marrom ou preta. Sua textura é semelhante à da madeira e seu teor de carbono varia de 60 a 75%.

É um combustível de fácil ignição, com baixo valor calorífico e menor teor de água que a turfa.

Existem importantes minas de linhito na Alemanha, Rússia, República Tcheca, Itália (regiões de Veneto, Toscana, Umbria) e Sardenha. Na Espanha, os depósitos de linhito estão nas Astúrias, Andorra, Zaragoza e La Coruña.

Turfa

É um material de origem orgânica cuja formação vem desde o Quaternário, muito mais recente que os carvões anteriores.

É de cor amarelo acastanhado e apresenta-se sob a forma de uma massa esponjosa de baixa densidade, na qual se podem observar restos vegetais do local de origem.

Ao contrário dos carvões mencionados acima, a turfa não vem de processos de carbonização de material lenhoso ou madeira, mas foi formada pelo acúmulo de plantas - principalmente ervas e musgos - em áreas pantanosas por meio de um processo de carbonização que não foi concluído. .

A turfa tem um alto teor de água; por esta razão, requer secagem e compactação antes do uso.

Possui baixo teor de carbono (apenas 55%); portanto, tem baixo valor energético. Quando submetido à combustão, seu resíduo de cinza é abundante e emite muita fumaça.

Existem importantes depósitos de turfa no Chile, Argentina (Tierra del Fuego), Espanha (Espinosa de Cerrato, Palencia), Alemanha, Dinamarca, Holanda, Rússia, França.

Petróleo, gás natural e betume

Óleo (do latim petrae, que significa "pedra"; Y oleum, que significa "óleo": "óleo de rocha") é uma mistura de muitos compostos orgânicos -a maioria dos hidrocarbonetos- produzida pela decomposição bacteriana anaeróbia (na ausência de oxigênio) da matéria orgânica.

Formou-se no subsolo, em grandes profundidades e sob condições especiais tanto físicas (altas pressões e temperaturas) quanto químicas (presença de compostos catalisadores específicos) em um processo que durou milhões de anos.

Nesse processo, C e H foram liberados dos tecidos orgânicos e unidos novamente por recombinação, formando um imenso número de hidrocarbonetos que se misturam de acordo com suas propriedades, formando gás natural, óleo e betume.

Os campos de petróleo do planeta estão localizados principalmente na Venezuela, Arábia Saudita, Iraque, Irã, Kuwait, Emirados Árabes Unidos, Rússia, Líbia, Nigéria e Canadá.

Existem reservas de gás natural na Rússia, Irã, Venezuela, Catar, Estados Unidos, Arábia Saudita e Emirados Árabes Unidos, entre outros.

Propriedades físicas e químicas

Entre as propriedades do carbono, podemos citar as seguintes:

Símbolo químico

C.

Número atômico

6.

Estado físico

Sólido, sob condições normais de pressão e temperatura (1 atmosfera e 25 °C).

Cor

Cinza (grafite) e transparente (diamante).

Massa atômica

12,011 g / mol.

Ponto de fusão

500 °C.

Ponto de ebulição

827 °C.

Densidade

2,62 g / cm3.

Solubilidade

Insolúvel em água, solúvel em tetracloreto de carbono CCl4.

Configuração eletronica

1s2 2s2 2 P2.

Número de elétrons na camada externa ou de valência

4.

Capacidade do link

4.

Catenação

Ele tem a capacidade de formar compostos químicos em cadeias longas.

Ciclo biogeoquímico

O ciclo do carbono é um processo biogeoquímico circular através do qual o carbono pode ser trocado entre a biosfera, atmosfera, hidrosfera e litosfera da Terra.

O conhecimento desse processo cíclico do carbono na Terra permite demonstrar a ação humana sobre esse ciclo e suas consequências nas mudanças climáticas globais.

O carbono pode circular entre os oceanos e outros corpos d'água, bem como entre a litosfera, no solo e no subsolo, na atmosfera e na biosfera. Na atmosfera e na hidrosfera, o carbono existe na forma gasosa como CO2 (dióxido de carbono).

Fotossíntese

O carbono da atmosfera é capturado por organismos produtores terrestres e aquáticos em ecossistemas (organismos fotossintéticos).

A fotossíntese permite que uma reação química ocorra entre CO2 e água, mediada pela energia solar e clorofila das plantas, para produzir carboidratos ou açúcares. Este processo transforma moléculas simples com baixo teor de energia de CO2, H2Oxigênio O e O2, em formas moleculares complexas de alta energia, que são açúcares.

Organismos heterotróficos - que não podem fotossintetizar e são consumidores em ecossistemas - obtêm carbono e energia alimentando-se de produtores e outros consumidores.

Respiração e decomposição

A respiração e a decomposição são processos biológicos que liberam carbono no meio ambiente na forma de CO2 ou CH4 (metano produzido na decomposição anaeróbica; ou seja, na ausência de oxigênio).

Processos geológicos

Por meio de processos geológicos e como consequência da passagem do tempo, o carbono da decomposição anaeróbia pode ser transformado em combustíveis fósseis como petróleo, gás natural e carvão. Da mesma forma, o carbono também faz parte de outros minerais e rochas.

Interferência da atividade humana

Quando o homem usa a queima de combustíveis fósseis para obter energia, o carbono retorna à atmosfera na forma de grandes quantidades de CO2 que não pode ser assimilado pelo ciclo biogeoquímico natural do carbono.

Este excesso de CO2 produzido pela atividade humana impacta negativamente o equilíbrio do ciclo do carbono e é a principal causa do aquecimento global.

Formulários

Os usos do carbono e seus compostos são extremamente variados. O mais proeminente com o seguinte:

Petróleo e gás natural

O principal uso econômico do carbono é representado por seu uso como hidrocarboneto de combustível fóssil, como gás metano e petróleo.

O óleo é destilado nas refinarias para a obtenção de múltiplos derivados como gasolina, diesel, querosene, asfalto, lubrificantes, solventes e outros, que por sua vez são utilizados na indústria petroquímica que produz matérias-primas para as indústrias de plásticos, fertilizantes, medicamentos e tintas. , entre outras.

Grafite

O grafite é usado nas seguintes ações:

- É utilizado na fabricação de lápis, misturado com argilas.

- Faz parte da elaboração de tijolos e cadinhos refratários, resistentes ao calor.

- Em diversos dispositivos mecânicos como arruelas, rolamentos, pistões e vedações.

- É um excelente lubrificante sólido.

- Devido à sua condutividade elétrica e à sua inércia química, é utilizado na fabricação de eletrodos, carbonos para motores elétricos.

- É usado como moderador em usinas nucleares.

Diamante

O diamante tem propriedades físicas particularmente excepcionais, como o mais alto grau de dureza e condutividade térmica conhecido até hoje.

Estas características permitem aplicações industriais em ferramentas de corte e instrumentos de polimento devido a sua alta abrasividade.

Suas propriedades ópticas - como transparência e capacidade de quebrar a luz branca e refratar a luz - fornecem muitas aplicações em instrumentos ópticos, como na fabricação de lentes e prismas.

O brilho característico derivado de suas propriedades ópticas também é altamente valorizado na indústria de joias.

Antracite

O antracito é difícil de inflamar, tem uma queima lenta e requer muito oxigênio. Sua combustão produz pouca chama azul claro e emite muito calor.

Há alguns anos, o antracito era usado em termelétricas e aquecimento doméstico. A sua utilização apresenta vantagens como a produção de pouca cinza ou pó, pouca fumaça e um processo de combustão lento.

Devido ao seu alto custo econômico e à sua escassez, o antracito foi substituído pelo gás natural nas termelétricas e pela eletricidade nas residências.

Carvão

O carvão é usado como matéria-prima para obter:

- Coque, combustível de altos-fornos em siderúrgicas.

- Creosoto, obtido pela mistura dos destilados do alcatrão da hulha e utilizado como selante protetor de madeira exposta aos elementos.

- Cresol (quimicamente metilfenol) extraído do carvão e usado como desinfetante e anti-séptico,

- Outros derivados, como gás, alcatrão ou piche, e compostos utilizados na fabricação de perfumes, inseticidas, plásticos, tintas, pneus e pavimentos rodoviários, entre outros.

Lignite

Lignite representa um combustível de qualidade média. Jet, uma variedade do linhito, caracteriza-se por ser bastante compacto devido ao longo processo de carbonização e altas pressões, sendo utilizado em joalheria e ornamentação.

Turfa

A turfa é usada nas seguintes atividades;

- Para o crescimento, suporte e transporte de espécies vegetais.

- Como composto orgânico.

- Como cama para animais nos estábulos.

- Como combustível de baixa qualidade.

Referências

  1. Burrows, A., Holman, J., Parsons, A., Pilling, G. e Price, G. (2017). Química3: Introdução à Química Inorgânica, Orgânica e Física. Imprensa da Universidade de Oxford.
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