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Química orgânica POR QUE O CARBONO É TÃO ESPECIAL? 1 Sumário Introdução ...........................................................................................................................................2 Objetivos ..............................................................................................................................................2 8. O carbono ....................................................................................................................................2 8.1.Características do carbono ............................................................................................. 2 8.2.Ocorrência na Natureza................................................................................................... 4 Exercícios .............................................................................................................................................5 Gabarito ...............................................................................................................................................6 Resumo ................................................................................................................................................6 2 Introdução Na apostila Reações de oxirredução identificamos as reações que acontecem com o ganho e a perda de elétrons. O estudo dessa e de outras reações orgânicas nos ajudam a perceber como a Química Orgânica trata-se de uma ciência ampla. Como a Química Orgânica estuda os compostos de carbono com propriedades características, conhecer o átomo de carbono e suas particularidades é imprescindível para entender as nuances dessa ciência. Mas o que será que torna o átomo de carbono tão especial? Por que dedicar um ramo inteiro da ciência para estudar compostos de carbono? É o que veremos as seguir. Objetivos • Identificar as características que tornam o carbono tão especial; • Interpretar como a posição do carbono na tabela periódica possibilita a estabilidade dos compostos orgânicos. 8. O carbono 8.1.Características do carbono O carbono é um elemento químico muito versátil. Ele faz parte da composição da maioria dos compostos que representam a base da vida na terra. Juntamente com oxigênio, hidrogênio e nitrogênio, o carbono constitui cerca de 95% dos elementos que constituem o corpo humano. Mas o que o átomo de carbono tão especial? Vamos localizar esse elemento na tabela periódica (Figura 01). Ele está encontra-se no segundo período do grupo 14. Localizou? Agora observe o seu número atômico. Geralmente é o menor valor presente na tabela periódica. Note que seu número atômico é igual a 6, ou seja, ele possui 6 prótons em seu núcleo. Consequentemente, o átomo neutro de carbono irá apresentar 6 elétrons. 3 01 Tabela periódica dos elementos Se realizarmos a distribuição eletrônica do carbono (Figura 02), vamos perceber que ele possui 4 elétrons de valência. 02 Distribuição eletrônica do átomo de carbono. ANOTE AÍ! A partir dessa informação é possível concluir que o carbono pode compartilhar seus 4 elétrons de valência, formando até quatro ligações covalentes. Dessa maneira, ele adquire a configuração eletrônica de gás nobre atingindo a estabilidade de acordo com a regra do octeto. O caráter covalente das ligações feitas pelo carbono está relacionado ao fato dele apresentar eletronegatividade mediana. Assim, ele tenderá a compartilhar os seus elétrons e não a doar como ocorreria se as ligações fossem iônicas. Elétrons de valência são os elétrons que se encontram na última camada de distribuição eletrônica dos átomos. 4 ANOTE AÍ! Como o átomo de carbono pode formar até quatro ligações, se ele se ligar a ele mesmo ele pode formar cadeias carbônicas das mais simples como é o caso do metano, até as mais complexas como as proteínas. Logo, o carbono é capaz de formar uma variedade gigantesca de compostos. CURIOSIDADE 8.2.Ocorrência na Natureza O carbono em sua forma pura ou elementar possui diferentes formas alotrópicas, sendo elas grafite, como grafite, diamante, grafenos, fulerenos e nanotubos de carbono (figura 03). Grafite e diamante podem ser encontrados na natureza. Os demais geralmente são sintetizados em laboratório. 03 Formar alotrópica do carbono. Eletronegatividade é força de atração que um átomo exerce sobre um par de elétrons em uma ligação química. Você sabia que ao pesquisar sobre a existência de vida fora da terra um dos elementos procurados pelos cientistas é o carbono? O carbono ou algum outro elemento que naquele planeta apresente as suas mesmas propriedades químicas. 5 ANOTE AÍ! A forma elementar do carbono apresenta vários usos. O carbono grafite está muito presente em nosso dia a dia nos lápis. O diamante é usado em ferramentas industriais de cortes. Além disso, grafenos e natubos de carbono apresentam diversas aplicações em pesquisa cientifica. Na área de eletrônica, por exemplo, podem ser usados como capacitores, baterias e semicondutores. Além disso, o carbono, também, está na atmosfera como dióxido de carbono e dissolvidos nas águas. Apesar do dióxido de carbono ser considerado o vilão pelo aquecimento global, por meio da queima de combustíveis fósseis, ele é uma necessidade metabólica dos organismos. CURIOSIDADE Exercícios 1) (Autora, 2019) Sabendo que átomo de carbono se encontra no período 4 e que este número indica os átomos de valência que ela apresenta, determine os elétrons de valência dos seguintes átomos: a) Flúor b) Oxigênio Alotropia é a capacidade que alguns átomos possuem de formar duas ou mais substâncias simples diferentes. Além da forma estrutural, outras propriedades físicas também poderão variar. Pesquisas utilizando materiais de carbono trata-se de uma área bastante promissora. Dois grupos de cientistas já ganharam o Prémio Nobel com materiais desse tipo. O primeiro foi o Harold Kroto em 1996 pela descoberta do fulereno. O segundo foi concedido a Andre Geim e Konstantin Novoselo, em 2010, por experiências inovadoras com grafeno. 6 2) (Autora, 2019) O carbono forma milhares de compostos orgânicos. No entanto, ele é encontrado em sua forma pura na pura na natureza. Quais são essas formas? 3) (Autora, 2019) O que torna o átomo de carbono tão especial possibilitando a formação de milhões de compostos? Gabarito 1) a) 7 b) 6 2) Carbono grafite, carbono diamante e o coque. 3) O átomo de carbono se localiza ao centro do segundo período da tabela periódica. Essa posição o privilegia no compartilhamento de elétrons, uma vez que está entre o doar e o receber. E é isso que o torna tão especial, pois ele não vai doar nem receber elétrons, mas sim compartilhar os elétrons com diferentes átomos. Além de compartilhar os elétrons com outros átomos de carbono. Resumo Nessa apostila entendemos o que torna o átomo de carbono tão importante, de forma que existe um ramo de estudo na química focado em estudar os seus compostos. Aprendemos que ó átomo de carbono é tratavalente, ou seja, ele é capaz de formar até quatro ligações com outros átomos ou com átomos de carbono. Logo, ele consegue formar cadeias carbônicas. Issoacontece pois o átomo de carbono apresenta uma eletronegatividade mediana. Logo ele tende a compartilhar os seus elétrons em ligações químicas do tipo covalente. Dessa maneira, o carbono pode formar milhões de compostos estáveis com propriedades variadas. 7 Referências bibliográficas SHRIVER, D. F.; ATKINS, P. W. Química Inorgânica. 4ª edição. Porto Alegre: Bookman, 2003. SOLOMONS, T. W. G. Química Orgânica. Volume 1. 10ª edição. Rio de Janeiro: LTC, 2016. BRUICE, Y. P. Fundamentos de Química orgânica. Volume 1. 2ª edição. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2014. USBERCO E SALVADOR. Química 3: Química orgânica. Volume 2. 6ª edição. São Paulo. Editora Saraiva, 2002. Referências imagéticas Figura 01. Adaptada pela autora de PIXABAY. Disponível em: < https://pixabay.com/pt/illustrations/ci%C3%AAncia-tabela-peri%C3%B3dica-elementos-2227606/>. Acesso em: 28/04/19 às 18h00min. Figura 02. Autora. Figura 3. Adaptada de STOCK.ADOBE. Disponível em: <https://stock.adobe.com/images/nanotechnologyconcept/23664191?as_channel=affiliate&as_campaign=pexel s&as_source=arvato&tduid=67ffc02c3e814f5f234ac2da50ea2cbc&as_channel=affiliate&as_campclass=redirect&a s_source=arvato> Acesso em: 28/04/19 às 18h00min.
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