CARBONO E ALOTROPIA
grafite
diamante
Buckminster fullereno esférico, C60 Fullereno tubular carbono amorfo
grafeno
CARBONO E ALOTROPIA
Negro de fumo: combustão incompleta de hidrocarbonetos: pó
muito fino que se agrupa aleatoriamente; partículas de 10 a 500 nm;
área superficial de 10-500 m2/g
Usos: carga de borracha para pneus (cerca de 3kg/pneu)
Pigmento negro para tintas e impressoras
Carvão ativado: produto sintético obtido pela desidratação
química de pó de madeira com ácido fosfórico ou ZnCl2 (1-3
partes para cada parte de serragem) entre 400 a 700 oC. Possui
alta área superficial, 300-2000 m2/g
Usos: descoloração de produtos naturais como açúcares, óleos,
bebidas, no tratamento de água, em filtros de gases e
purificadores de ar
Fibras de carbono: obtidas pela degradação na ausência de ar, a
300 oC e 1000 oC, de polímeros que não fundem como celulose,
algodão, lã, acrilonitrila
Usos: confecção de tecidos, redes termorresistentes, reforço
em plásticos, produção de materiais extremamente leves e
resistentes usados produção de aviões, carros e barcos
1200-3000 OC
SiO2(l) + Ccoque(s) → Si(l) + CO2(g) (idem p/ Ge e Sn) 98% puro
Purificação para a produção de semicondutores e transistores:
Si(s) + 3HCl(g) → SiHCl3(g) + H2(g) (T = 300 OC)
SiHCl3(g) + H2(g) → Si(s) + 3HCl(g) (T = 1000 oC)
99,999 % puro (processo Siemens)
2PbS(s) + 3O2(g) → 2PbO(s) + 2SO2(g) (ustulação)
PbO(s) + CO(g) → Pb(l) + CO2(g)
Galena
PbS
Cassiterita
SnO2
Grupo 14
Raio
atômico
Å
PF oC
Energia da
ligação kJ.
mol-1
C 0,77 4100 C-C 348
Si 1,17 1420 Si-Si 297
Ge 1,22 945 Ge-Ge 260
Sn 1,40 232 Sn-Sn 240
Pb 1,46 327 - -
Monóxido de carbono
1.C(s) + 1/2O2(g) CO(g)
cat. = Ni/CaO,Al2O3
2. CH4(g) + 2H2O(g) CO(g) + 4H2(g) (1000K, 30 atm)
3. C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g) gás d’água
4. 2C(s) + O2(g) + 4N2(g) 2CO(g) + 4N2(g) gasogênio
5. H2SO4
HCOOH(l) CO(g) + H2O(l) laboratório
Principais óxidos do carbono
É muito tóxico, incolor e inodoro
É bastante reativo
É um combústível
Agente redudor na indústria metalúrgica
Base de Lewis forte
Produção industrial de ferro
Fe2O3(s) + 3CO(g) 2Fe(s) + 3CO2(g)
3Fe2O3(s) + CO(g) 2Fe3O4(s) + CO2(g)
Fe3O4(s) + CO(g) 3FeO(s) + CO2(g)
FeO(s) + CO(g) Fe(l) + CO2(g)
Dióxido de carbono
cat. = Fe/Cr2O3
1. CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) (700 K)
2. Recuperado de processos fermentativos:
C6H12O6(s) 2C2H5OH(l) + 2CO2(g)
3. dos gases liberados na calcinação do calcário;
CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)
4. dos gases efluentes de usinas termelétricas alimentadas a carvão.
5. CaCO3(s) + 2HCl(aq) CaCl2(aq) + CO2(g) + H2O(l)
Principais óxidos do carbono
Silicatos
quartzo
SiO2 Willemita
Zn2SiO4
Enstatita
MgSiO3
Espodumênio
LiAl(SiO3)2
Zircon
ZrSiO4
Mica
(Si2O52-)n
Asbestos
(Si4O116-)n
CLASSIFICAÇÃO DOS SILICATOS
ortossilicato,
SiO44-
M2II[SiO4] ou MIV[SiO4] onde M = Be, Mg, Fe, Mn, Zn
Pirossilicatos
Si2O76-
Ac2[Si2O7], Ln2[SiO7]
CLASSIFICAÇÃO DOS SILICATOS
Silicatos em cadeia simples (piroxênios), (SiO3)n2n-
Ex. Espodumênio LiAl(SiO3)2
CLASSIFICAÇÃO DOS SILICATOS
Silicatos em cadeia dupla (anfibólios)
composição variável: (Si2O5)n2n-, (Si4O11)n
6n-, (Si6O17)n10n-
Ex. Asbestos (Ca2Mg5[(Si4O11)2](OH)2, Mg3Si2O5(OH)4
CLASSIFICAÇÃO DOS SILICATOS
Silicatos lamelares (em camadas) ou filossilicatos, (Si2O5)n2n-
Ex. mica, argila, montmorilonita
R
Si
R
OHHO
R
Si
R
OHHO+-H2O
R
Si
R
OHHO+
R
HO
R
R
SiO OH
RR
Si
R
HO
R
SiO OH
RR
Si
R
HO
Si
R R
SiO
R
R
SiO OH
fluidos, óleos, graxas
elastômeros(borrachas) e resinas
isolantes elétricos
Implantes
Silicone
os carbetos são compostos de carbono com um elemento
menos eletronegativo;
esta definição exclui compostos de carbono com N, P, O,
S e halogênios;
os carbetos são classificados como:
a) iônicos ou salinos;
b) intersticiais ou metálicos;
c) covalentes
os três tipos de carbetos são preparados aquecendo-se o
metal ou o óxido com carbono ou um hidrocarboneto, a
temperaturas de 2000 0C
CARBETOS
classificados em três grupos, contendo os ânions:
C4-, C22- ou C3
4-;
exemplos: Be2C (sólido vermelho); Al4C3 (sólido amarelo);
os carbetos com a unidade (-CC-)2- são melhor
conhecidos. São formados principalmente pelos elementos
do grupo 1 (M2C2); pelos elementos do grupo 2 (MC2); pelos
metais Cu, Ag, Au, Zn e Cd; e por alguns lantanídeos (LnC2
e Ln2(C2)3; são todos compostos incolores;
CARBETOS SALINOS
o carbeto de cálcio (CaC2) é o mais importante; é
obtido industrialmente pela reação de cal com coque a
2200 oC:
CaO(s) + 3C(s) CaC2(s) + CO(g)
reagem com água, liberando acetileno:
CaC2(s) + 2H2O(g) Ca(OH)2(s) + HCCH(g)
CaC2 é usado em escala industrial na fabricação de
cianamida de cálcio (CaNCN) - que é usada como
fertilizante nitrogenado:
1100 oC
CaC2(s) + N2(g) Ca(NCN)(s) + C(s)
CARBETOS SALINOS
são formados principalmente por elementos de transição,
lantanídeos e actinídeos;
em geral apresentam um ponto de fusão muito elevado;
exemplo TaC funde a 3900 oC;
são muito duros; TaC apresenta dureza 9-10 na escala Mohs;
são empregados na confecção de ferramentas de corte;
os carbetos intersticiais conservam muitas das propriedades
dos metais - conduzem eletricidade e possuem brilho
metálico;
carbetos intersticiais em geral são inertes - não reagem com
a água como os carbetos iônicos.
CARBETOS INTERSTICIAIS
os mais importantes são o SiC e B4C;
SiC possui dureza 9,5 na escala Mohs;
SiC é conhecido como conhecido como carborundum - um
abrasivo;
é produzido pelo aquecimento de quartzo ou areia com excesso
de coque, num forno elétrico a 2000-2500 oC:
SiO2(s) + 3C(s) SiC(s) + 2CO(g)
o SiC é muito pouco reativo; não é atacado por ácidos, mas reage
com NaOH e ar, e com Cl2 a 100 oC:
SiC(s) + 2NaOH(aq) + 2O2(g) Na2SiO3(s) + CO2(g) + H2Og)
SiC(s) + 2Cl2(g) SiCl4
o SiC apresenta uma estrutura tridimensional de átomos de Si e C
sendo cada átomo rodeado tetraedricamente por quatro átomos
do outro tipo
CARBETOS COVALENTES
SiC