O GRUPO DO
CARBONO (14 OU IVA)
O carbono elementar (C) é encontrado em
mina como grafite e diamante.
O silício elementar (Si) é recuperado
partir da sílica (SiO2) pela redução com
carbono em forno de arco elétrico.
O
germânio
(Ge),
muito
menos
abundante, é encontrado em minérios de
zinco.
O carbono (do latim carbo, carvão) é um
elemento químico, símbolo C de número
atômico 6 (6 prótons e 6 elétrons) com
massa atômica 12 u.
Há 15 isótopos do carbono, sendo apenas
2 estáveis:
C – 12 (98,89%)
C – 13 (1,11%)
C – 14 radioativo com tempo de meia-vida
de 5730 anos. Datação de fósseis
É sólido a temperatura ambiente.
Dependendo das condições de formação
pode ser encontrado na natureza em 4
formas alotrópicas:
1. Grafite
2. Diamante
3. Fulerenos
4. Nanotubos
HIBRIDIZAÇÃO DO CARBONO
HIBRIDAÇÃO DE ORBITAIS:
É
UM
NOVO
REARRANJO
PROVENIENTE DA UNIÃO DE VÁRIOS
ORBITAIS COM NOVA ORIENTAÇÃO,
FORMATO E ENERGIA.
JUSTIFICA A VALÊNCIA DE ALGUNS
ELEMENTOS QUÍMICOS.
CARBONO COM 4 SIMPLES LIGAÇÕES – HIBRIDIZAÇÃO
sp3 – MOLÉCULA TETRAÉDRICA – ÂNGULO ENTRE AS
LIGAÇÕES:: 109
LIGAÇÕES
109°
°28
28’’.
ESTADO NORMAL
ESTADO ATIVADO
ESTADO HÍBRIDO
sp3
2p3
2p2
2s2
1s2
2s1
1s2
1s2
ORBITAL sp3
109°
109
°28’
H
METANO: CH4
4 LIGAÇÕES
SIGMA sp3- s
C
H
H
H
CARBONO COM 1 DUPLA LIGAÇÃO – HIBRIDIZAÇÃO sp2
– MOLÉCULA TRIGONAL PLANA – ÂNGULO ENTRE AS
LIGAÇÕES::120°
LIGAÇÕES
120°. (O ORBIPAL p DA LIGAÇÃO PI NÃO
SOFRE HIBRIDAÇÃO)
HIBRIDAÇÃO)..
ESTADO NORMAL
ESTADO ATIVADO
ESTADO HÍBRIDO
sp2
2p3
2p2
2s2
2s1
PI
1s2
1s2
1s2
ETENO – H2C=CH2 – HIBRIDIZAÇÃO sp2
LIGAÇÃO PI
H
H
C
H
δ sp2 - sp2
C
H
CARBONO COM 2 DUPLAS OU UMA TRIPLA LIGAÇÂO –
HIBRIDIZAÇÃO sp – MOLÉCULA LINEAR – ÂNGULO
ENTRE AS LIGAÇÕES:
LIGAÇÕES:180
180°
°. (DUAS LIGAÇÕES PI)
ESTADO NORMAL
ESTADO ATIVADO
ESTADO HÍBRIDO
sp
2p3
2p2
2s2
1s2
2s1
1s2
PI
1s2
PI
ETINO :
H
LIGAÇÃO PI
H -C C -H
δ sp-s C
δ sp-sp
C
δ sp-s H
LIGAÇÃO PI
DIAMANTE X GRAFITE
São duas formas do carbono elementar e são
notavelmente diferentes:
1.
2.
3.
O diamante é um isolante elétrico; o
grafite é um bom condutor.
O diamante é a substância mais dura
conhecida; o grafite é mole.
Por causa da durabilidade e da
transparência o diamante é uma das
pedras mais preciosas mais valiosas
As propriedades físicas amplamente
diferentes pode ser relacionada com as
estruturas e as ligações muito
diferentes nesses dois compostos.
Estrutura do diamante
Estrutura do grafite
Cada átomo de C forma
ligação
simples
de
comprimento 1,54 Å
com 4 átomos de C
adjacentes nos vértices
de um tetraédro regular
(Hibridização sp3) .
O resultado é uma estrutura rígida,
covalente e tridimensional.
tridimensional.
Consiste no empilhamento
de
camadas planares
dentro da qual cada átomo
de C tem três vizinhos
mais próximos a 1,42 Å
(Hibridização sp2) – 3
ligações simples e 1
dupla..
dupla
Os planos estão amplamente separados um dos
outros (3,35 Å), o que indica que há forças mais
fracas entre eles (DISPERSÃO DE LONDON),
LONDON)
podendo ser quebrado facilmente.
CONDUTIVIDADE ELÉTRICA DO
GRAFITE
Sua condutividade perpendicular aos planos é baixa e
aumenta com a temperatura
Isso significa que o grafite é um
semicondutor nessa direção
A condutividade é muito
maior paralela aos planos,
mas decresce à medida
que a temperatura é
aumentada
Esse comportamento indica condução
metálica nessa direção
COMPOSTOS DE INTERCALAÇÃO
Agentes oxidantes ou redutores podem
ser intercalados entre as lâminas do
grafite para aumentar a condutividade
elétrica.
CONVERSÃO
A conversão de diamante em grafite à
temperatura e pressão ambiente é
espontânea, mas não ocorre a uma
velocidade observável.
O diamante é a fase mais densa; assim, ele
é favorecido por pressões elevadas.
Grandes quantidades de diamante abrasivo
são fabricadas industrialmente por um
processo a pressão e temperatura elevadas
na presença de catalisadores.
O catalisador (Ni) dissolve o grafite a 1800 °C
e 70 kbar e a fase diamante menos solúvel
cristaliza a partir desta.
Conclusão: A síntese de diamantes com
qualidade de pedra preciosa é possível,
mas ainda não é econômica.
DIAGRAMA DE FASES DO CARBONO
SÍNTESE DO DIAMANTE A ALTA
PRESSÃO E ALTA TEMPERATURA (HPHT)
BROCA ODONTOLÓGICA
FULERENOS
Moléculas estáveis constituídas exclusivamente
por carbono sp2, na forma de hexágonos.
C60 é o fulereno mais comum, conhecido por
buckminsterfullerene.
C60 tem a forma esférica, com diâmetro de cerca
de 1 nm, que lembra a de uma bola de futebol.
Descoberta dos fulerenos levou à concessão do
prêmio Nobel de química de 1996 a seus
descobridores, R. Smalley, H. Kroto e R. Curl.
C60
C70
APLICAÇÕES DO FULERENO
PAINÉIS SOLARES DADA A SUA GRANDE FACILIDADE EM
CAPTURAR ELÉTRONS (SUPERCONDUTOR)
USOS BIOMÉDICOS EM QUE FÁRMACOS ATIVOS PODEM SER
LIGADOS À MOLÉCULA DE C60 PARA, APÓS INTRODUZIDOS
NO CORPO HUMANO, SEREM LENTAMENTE LIBERTADOS.
PROPRIEDADES LUBRIFICANTES EM LÍQUIDOS
REVESTIMENTO DE BOLAS DE BOLICHE EM QUE A POUCA
COMPRESSIBILIDADE DO
C60
AS TORNA MAIS
RESISTENTES ( JÁ COMERCIALIZADAS NO JAPÃO)
TACOS DE GOLFE TITÂNIO-C60
REAÇÕES COM FULERENOS
NANOTUBOS(NTC)
1991 - Sumio Ijima
•
ESTRUTURA BÁSICA FORMADA POR UMA
OU MÚLTIPLAS FOLHAS DE
GRAFITE(GRAFENO) ENROLADAS DE
FORMA CONCÊNTRICA E CILÍNDRICA
•
COMPRIMENTO: ORDEM DE MICRÔMETROS
•
DIÂMETRO: ORDEM DE NANÔMETROS
•
PROPRIEDADES MECÂNICAS: ALTA
RESISTÊNCIA MECÂNICA COM ALTA
FLEXIBILIDADE (OU SEJA, NÃO QUEBRAM
QUANDO DOBRADOS OU SUBMETIDOS A
ALTAS PRESSÕES)
•
PROPRIEDADES ELÉTRICA: TRANSPORTAM
A CORRENTE ELÉTRICA E PODEM
APRESENTAR CONDUTIVIDADE
METÁLICA,SEMICONDUTORA OU ATÉ
SUPERCONDUTORA(A BAIXAS
TEMPERATURAS E DE ACORDO COM SUA
ESTRUTURA)
PROPRIEDADES TÉRMICAS:
ALTÍSSIMA CONDUTIVIDADE
TÉRMICA,SENDO
CONDIDERADA UMA DAS
MAIORES, NA DIREÇÃO DO
EIXO DO TUBO.
APLICAÇÕES DOS NANOTUBOS
PONTAS DE PROVA EM
MICROSCÓPIOS DE FORÇA
ATÔMICA OBTENDO IMAGENS DE
SISTEMAS BIOLÓGICOS COM
ALTA RESOLUÇÃO
CONDUTORES EM
MICROCIRCUITOS
FIBRAS PARA USOS DIVERSOS –
ELES TEM UMA ESTRUTURA
MAIS LEVE E MAIS RESISTENTE
DO QUE AS FIBRAS DE
CARBONO TRADICIONAIS
FABRICAÇÃO DE MATERIAIS
PARA ABSORÇÃO DE GASES (
ELES CONSEGUEM ABSORVER
UMA GRANDE QUANTIDADE DE
HIDROGÊNIO).
O CARBONO E A
NANOTECNOLOGIA
O silício (latim: silex, pedra dura, inglês:
silicon) é um elemento químico de símbolo
Si de número atômico 14 (14 prótons e
14 elétrons) com massa atômica igual a
28 u.
À temperatura ambiente,
encontra-se no estado sólido.
o
silício
Há 21 isótopos de silício:
Si – 28 (92,23%)
Si – 29 (4,683%)
Si – 30 (3,087%)
O silício é o segundo elemento mais
abundante da crosta terrestre, perfazendo
25,7% do seu peso, superado apenas
pelo oxigênio (47%).
PROPRIEDADES
Não ocorre livre na natureza. Aparece,
normalmente na forma de dióxido de
silício (SiO2) também conhecido como
sílica e silicatos (compostos contendo
silício, oxigênio e metais.
É bastante eletropositivo
APLICAÇÕES
É um dos elementos mais úteis.
Compostos como areia e argila são
amplamente usados na construção civil.
Usado em refratários para altas
temperaturas. Silicatos são empregados
na fabricação de esmaltes. Sílica é a
principal
substância
do
vidro.
Por ser um material semicondutor muito
abundante, tem um interesse muito especial
na indústria eletrônica e microeletrônica,
como material básico para a produção de
transistores para chips, células solares e em
diversas variedades de circuitos eletrônicos.