O carbono é um elemento químico de símbolo “C” e de número atômico (Z) igual a 6, o que significa que ele possui 6 prótons em seu núcleo e, no estado fundamental, possui também 6 elétrons em sua eletrosfera. Sua massa molar é igual a 12,011 g/mol e possui três isótopos naturais: 12C (o mais abundante, em uma proporção de cerca de 98,9%), 13C (1,01 a 1,14%) e 14C (que é radioativo). A diferença entre esses três isótopos está na quantidade de nêutrons no núcleo, que é, respectivamente, 6, 7 e 8.
Ilustração de átomo de carbono
O carbono-14 emite partículas beta (elétrons) e possui meia-vida de 5730 anos, sendo integrado aos organimos vegetais e animais ao longo do tempo. Por isso, ele é usado na identificação da idade de fósseis (veja o artigo Carbono 14: idade de fósseis).
O carbono pode ligar-se por meio de ligações covalentes a outros átomos de carbono, formando substâncias simples com arranjos espaciais diferentes, os alótropos do carbono. Existem pelo menos sete formas alotrópicas do carbono, entre elas, as naturais e principais são a grafite (alfa e beta) e o diamante.
As duas formas alotrópicas naturais do carbono são grafite e diamante
Outros alótropos do carbono são a lonsdaleíta (diamante hexagonal), caoíta, carbono (VI) e os fulerenos. Estes possuem uma estrutura poliédrica com um átomo de carbono em cada vértice, destacando-se o buckminsterfulereno (C60). Existem também os nanotubos, que são cilindros ou tubos formados por átomos de carbono com proporções nanométricas (1 nanômetro é igual à bilionésima parte de um metro (10-9 m)) e que possuem extraordinárias propriedades mecânicas, elétricas e térmicas.
Ilustração de um nanotubo de carbono microscópico
Além dessas estruturas cristalinas, o carbono também possui formas amorfas, como o carvão, o negro de fumo e o coque. Inclusive, o nome “carbono” vem do latim carbo, que significa “carvão” (carbone, em francês), e foi dado por Lavoisier no ano de 1789.
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O carvão é uma forma alotrópica amorfa do carbono
Ligando-se com outros átomos, o carbono forma compostos importantíssimos para nossa vida. Entre eles, o dióxido de carbono (CO2), que é um gás que participa da reação de fotossíntese e da respiração, que são reações inversas: na respiração, ele é liberado como produto; na fotossíntese, ele é consumido como reagente. Ele é também um gás do efeito estufa, que vem sendo liberado em quantidades cada vez mais alarmantes por meio da combustão de combustíveis fósseis.
Em virtude da presença tão grande desse composto na natureza, em processos que regulam a composição da atmosfera e em reações relacionadas com os organismos vivos, existe o chamado “ciclo do carbono”, também chamado por alguns de “ciclo da vida”.
Além do CO2, existem outros compostos importantes do carbono que estão presentes na atmosfera e participam de ciclos globais, como o metano (CH4), o monóxido de carbono (CO) e os hidrocarbonetos não metânicos (HCNM).
A presença dos compostos de carbono na natureza e a sua importância são indiscutíveis, pois ele é capaz de ligar-se principalmente a outros átomos de carbono e também a hidrogênios, nitrogênios, enxofre e flúor, formando cerca de 19 milhões de compostos. Esses compostos do carbono de origem vegetal e animal, mas que também podem ser sintetizados em laboratório, são chamados de compostos orgânicos, sendo estudados pela Química Orgânica.
Um grupo orgânico importante são os hidrocarbonetos (formados somente por átomos de carbono e hidrogênio). Eles estão presentes em grande quantidade no petróleo e em seus derivados obtidos pelo seu refinamento, como gás natural, GLP (gás liquefeito de petróleo), gasolina, querosene, óleo diesel, óleo lubrificante, parafina, asfalto, entre outros.
Além disso, os derivados do petróleo são usados também na produção de polímeros naturais, como a borracha, os polissacarídeos (como celulose, amido e o glicogênio) e as proteínas, bem como na produção de polímeros sintéticos, que são os plásticos que formam a maioria dos bens de consumo ao nosso redor.
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