6 C Carbono 12.011
Não metal p-block Period 2 Group 14

Carbono

C · Element 6 · Carbon group

The backbone of every known living thing, and the most versatile bonder in the periodic table.

ESTADO A 20°C Sólido
MASSA ATÓMICA 12.011 u
ELECTRON CONFIGURATION [He] 2s² 2p²

Estrutura

O átomo de carbono

Não é um diagrama de pontos em anéis — é uma amostra de Monte Carlo da densidade de probabilidade real |ψ|² para cada subcamada ocupada. Arraste para girar. Azul e violeta marcam sinais opostos da função de onda, o que torna possível a ligação química.

Nuvem orbital

Valores medidos

Ficha de propriedades

Cada barra mostra onde carbono se situa entre todos os 118 elementos para essa propriedade.

Física

Densidade 2.267 g/cm³ 19%
Ponto de sublimação 3915 Ka 1 atm
Ponto de Fusão 4600 Kat 10.8 MPa
calor específico 0.709 J/g·K
Condutividade Térmica 140 W/m·K 88%

Atômica

Raio Atômico 70 pm 5%
raio covalente 76 pm
raio de Van der Waals 170 pm

Eletrónica

Eletronegatividade 2.55 90%
energia de ionização 1086.4 kJ/mol 90%
Afinidade Eletrônica 121.6 kJ/mol 79%

Ocorrência

Abundância na crosta 2000 mg/kg 92%

Identidade

SímboloC
Número atômico6
Massa atómica12.011 u
CategoriaNão metal
Blocop
Estrutura cristalinacúbica do diamante
Estados de oxidação-4, -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4
DescobertoPrehistoric
Descoberto porKnown since antiquity

Fontes: massas atômicas padrão da IUPAC de 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Os valores marcados com ~ são previstos, não medidos.

Tamanho, em escala

How big is a carbono atom?

Radius 70 pm — that is 0.07 nm, so about 7143 million of them side by side would span a millimetre.

Faixa térmica

Solid, gas — and when

À pressão ordinária, carbono não apresenta estado líquido. Ele sublima a 3915 K, passando diretamente do estado sólido para o vapor. O ponto de fusão de 4600 K é real, mas ocorre apenas acima de aproximadamente 10.8 MPa.

Onde está

Posição na tabela

Carbono sits in period 2, group 14. Everything in group 14 shares the same outer-electron count, which is why they behave so similarly.

OTHER NÃO-METAIS

All não-metais

A história

O que é carbono e como o encontramos

O carbono é o maior transformista da tabela periódica e a base de toda a vida na Terra. Esse elemento incrível pode se transformar em diamantes brilhantes (o material natural mais duro), grafite escorregadio (usado em lápis) e até fulerenos exóticos que parecem bolas de futebol no nível molecular. Todo ser vivo — das menores bactérias à mais imponente sequoia — é construído sobre uma estrutura de carbono. Seu DNA, proteínas, gorduras e carboidratos dependem da capacidade única do carbono de formar quatro ligações fortes, criando possibilidades moleculares infinitas. O carbono também está no centro das discussões sobre as mudanças climáticas, pois o dióxido de carbono em nossa atmosfera age como um cobertor, retendo calor e aquecendo o planeta. Das fogueiras pré-históricas aos carros de corrida modernos feitos de fibra de carbono, esse elemento moldou a civilização humana.

The discovery of carbono

Conhecido desde o início da humanidade

O carbono não tem um único descobridor, pois os seres humanos usam várias formas de carbono desde os tempos pré-históricos. No entanto, compreender o carbono como um elemento químico distinto exigiu milênios de evolução científica e representa uma das descobertas fundamentais mais importantes da química.

Domínio pré-histórico do carbono (há mais de 500.000 anos)

Os primeiros seres humanos descobriram o poder do carbono por meio do fogo e do carvão. Evidências arqueológicas de locais como a caverna de Qesem, em Israel, mostram o uso controlado do fogo há 400.000 anos. Nossos ancestrais aprenderam que queimar madeira com pouco oxigênio produzia carvão — carbono quase puro que queimava mais quente e por mais tempo que a madeira.

Esse conhecimento revolucionou a civilização humana:

  • Culinária: Tornou os nutrientes mais disponíveis e os alimentos mais seguros
  • Fabricação de ferramentas: Permitiu a fundição de metais como cobre e bronze
  • Arte: Pinturas rupestres usando pigmentos de carvão de 30.000 anos atrás
  • Medicina: Carvão ativado para tratar intoxicações

Tecnologias antigas do carbono

Produção de aço (1500 a.C.): Metalurgistas hititas descobriram que adicionar carbono ao ferro criava aço — uma liga revolucionária que mudou para sempre a guerra e a agricultura. Inventores chineses aperfeiçoaram a produção de ferro fundido por volta de 500 a.C., usando o teor de carbono para controlar as propriedades do metal.

Conhecimento dos diamantes (400 a.C.): Antigos indianos descobriram diamantes em cascalhos de rios e reconheceram sua dureza extraordinária. Textos em sânscrito chamavam os diamantes de "vajra" (raio), acreditando que eram formados por descargas elétricas.

Reconhecimento científico (séculos XVIII–XIX)

Antoine Lavoisier (1772): O "pai da química moderna" provou que o diamante e o carvão eram formas diferentes do mesmo elemento. Seus experimentos de combustão mostraram que ambas as substâncias produziam quantidades idênticas de dióxido de carbono quando queimadas, revolucionando a compreensão dos elementos químicos.

Lavoisier escreveu: "Devemos concluir que o diamante não é nada além de carbono cristalizado." Essa descoberta unificou materiais aparentemente diferentes sob um único elemento e estabeleceu o conceito de alótropos.

Carl Wilhelm Scheele (1779): Descobriu independentemente que o grafite ("chumbo preto") também era carbono puro, e não chumbo como se acreditava anteriormente. Seu trabalho ajudou a estabelecer o carbono como o elemento número 6.

A revolução moderna do carbono

Friedrich Kekulé (1858): Propôs que os átomos de carbono poderiam formar cadeias e anéis, lançando as bases da química orgânica. Sua famosa estrutura do anel de benzeno (supostamente inspirada por um sonho com uma cobra mordendo a própria cauda) explicou os compostos aromáticos.

Jacobus van 't Hoff e Joseph Le Bel (1874): Propuseram independentemente o carbono tetraédrico, explicando por que os compostos de carbono poderiam existir em formas especulares. Essa descoberta lançou a estereoquímica e explicou o comportamento dos medicamentos.

Descobertas do século XX

Percy Bridgman (1955): Primeira síntese artificial de diamante sob pressão extrema, provando que os diamantes poderiam ser fabricados.

Richard Smalley, Robert Curl e Harold Kroto (1985): Descobriram os fulerenos (C₆₀), receberam o Prêmio Nobel de 1996 e deram início à nanotecnologia.

Andre Geim e Konstantin Novoselov (2004): Isolaram o grafeno usando fita adesiva, receberam o Prêmio Nobel de 2010 e abriram a era dos materiais bidimensionais.

O futuro do carbono

As pesquisas sobre carbono continuam com descobertas como o carbino (cadeias de carbono unidimensionais) e previsões de formas ainda mais exóticas. Cada descoberta revela novas possibilidades para esse elemento tão versátil.

Aplicações

Para que carbono é usado

O elemento da vida e da tecnologia

O carbono é a base da própria existência — o elemento que torna a vida possível e impulsiona a revolução tecnológica. Do DNA em nossas células aos materiais mais resistentes conhecidos pela ciência, a capacidade única do carbono de formar estruturas complexas o torna insubstituível em praticamente todos os aspectos da civilização moderna.

Materiais de carbono revolucionários

Diamante: O padrão máximo de dureza e condutividade térmica. As aplicações industriais incluem:

  • Ferramentas de corte: Brocas com ponta de diamante podem cortar qualquer material na Terra
  • Computação quântica: O diamante sintético abriga centros de vacância de nitrogênio para o processamento de informações quânticas
  • Dissipadores de calor: Resfriamento de componentes eletrônicos em computadores de alto desempenho e sistemas de LED
  • Dispositivos médicos: Instrumentos cirúrgicos revestidos de diamante e articulações artificiais

Grafeno: O material maravilhoso — uma única camada de átomos de carbono dispostos em uma rede hexagonal:

  • Eletrônicos: Telas flexíveis, transistores ultrarrápidos e computadores quânticos
  • Armazenamento de energia: Supercapacitores e eletrodos de baterias de próxima geração
  • Filtragem de água: Membranas que podem dessalinizar a água do mar enquanto permitem um fluxo rápido de água
  • Biomedicina: Sistemas de administração de medicamentos e interfaces neurais

Nanotubos de carbono: Estruturas cilíndricas de carbono mais fortes que o aço, mas mais leves que o alumínio:

  • Aeroespacial: Boeing e Airbus usam compósitos de NTC em componentes de aeronaves
  • Elevadores espaciais: Megastruturas teóricas que exigiriam cabos de NTC
  • Eletrônicos: Circuitos ultraminiaturizados e filmes condutores transparentes
  • Medicina: Terapia direcionada contra o câncer e músculos artificiais

Aço e metalurgia

O carbono transforma o ferro em aço — o material estrutural mais importante da humanidade:

  • Construção: Arranha-céus, pontes e infraestrutura em todo o mundo
  • Automotivo: Carrocerias, motores e componentes de segurança
  • Ferramentas: Instrumentos de corte, componentes de máquinas e instrumentos de precisão
  • Ligas especializadas: Aço inoxidável (com crómio), aço-ferramenta e aço de Damasco

A revolução da fibra de carbono

Os compósitos de fibra de carbono combinam resistência incrível com peso mínimo:

  • Aeroespacial: O Boeing 787 Dreamliner é composto por 50% de fibra de carbono em massa
  • Automotivo: Carros de Fórmula 1, supercarros de luxo e carrocerias de veículos elétricos
  • Equipamentos esportivos: Raquetes de tênis, tacos de golfe, bicicletas e equipamentos de proteção
  • Energia eólica: Pás de turbinas com mais de 100 metros de extensão

Aplicações ambientais e energéticas

Captura e armazenamento de carbono: Combate às mudanças climáticas por meio da inovação tecnológica:

  • Captura direta do ar: Máquinas que extraem CO₂ da atmosfera
  • Sequestro industrial: Captura de emissões de usinas de energia e fábricas
  • Utilização do carbono: Conversão do CO₂ capturado em produtos úteis

Carvão ativado: O material universal de purificação:

  • Tratamento de água: Sistemas municipais de água e filtragem doméstica
  • Purificação do ar: Máscaras de gás, lavadores industriais e sistemas de HVAC
  • Aplicações médicas: Tratamento de intoxicações e diálise renal
  • Indústria alimentícia: Refino de açúcar e processamento de bebidas

Produtos cotidianos de carbono

  • Materiais de escrita: Grafite de lápis, carvão para arte e papel-carbono para cópias
  • Culinária: Grelhas a carvão, briquetes para churrasco e filtros de água de carvão ativado
  • Produtos de limpeza: Purificadores de ar de carvão ativado, absorventes de odores e filtros de aquário
  • Cuidados pessoais: Pasta de dentes de carvão, máscaras faciais e produtos detox
  • Têxteis: Fios de fibra de carbono em roupas esportivas e roupas aquecidas

Transporte e setor automotivo

  • Estruturas de aço: Chassis de carros, blocos de motores e componentes de transmissão
  • Fibra de carbono: Painéis da carroceria do BMW i3, supercarros McLaren e componentes de corrida
  • Pneus: Reforço com negro de carbono em compostos de borracha
  • Lubrificantes: Grafite em fechaduras, dobradiças e sistemas mecânicos
  • Sistemas de freio: Discos de freio de cerâmica de carbono em veículos de alto desempenho

Construção e arquitetura

  • Estruturas de aço: Arranha-céus como o Empire State Building, pontes e túneis
  • Reforço do concreto: Vergalhões em fundações, estradas e infraestrutura
  • Isolamento: Elementos de aquecimento de fibra de carbono em sistemas de piso radiante
  • Janelas: Revestimentos de carbono para vidros energeticamente eficientes
  • Coberturas: Materiais reforçados com fibra de carbono para estruturas leves e resistentes

Eletrônicos e tecnologia

  • Componentes de computador: Almofadas térmicas de grafite e transistores de nanotubos de carbono
  • Smartphones: Pesquisas com grafeno para telas flexíveis e carregamento rápido
  • Baterias: Ânodos de grafite em baterias de íons de lítio (Tesla, iPhone)
  • Painéis solares: Contatos e condutores de carbono
  • Equipamentos de áudio: Cones de alto-falantes de fibra de carbono e componentes de fones de ouvido

Esportes e recreação

  • Equipamentos de tênis: Raquetes de fibra de carbono da Wilson, Head e Babolat
  • Tacos de golfe: Hastes e cabeças de tacos de fibra de carbono
  • Bicicletas: Quadros de carbono da Trek, Specialized e Cannondale
  • Equipamentos de pesca: Varas e carretilhas de fibra de carbono
  • Equipamentos de proteção: Capacetes, armaduras corporais e equipamentos de segurança

Agricultura e meio ambiente

  • Melhoria do solo: Biochar para sequestro de carbono e crescimento das plantas
  • Tratamento de água: Filtros de carvão ativado para sistemas de irrigação
  • Estruturas de estufas: Estruturas e componentes de fibra de carbono
  • Alimentação animal: Carvão ativado para a saúde do gado

De onde vem

Ocorrência natural

2000 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 92% of elements

Abundância cósmica — o quarto elemento

O carbono é o quarto elemento mais abundante do universo em massa, forjado nas fornalhas nucleares de estrelas massivas por meio do lendário processo triplo-alfa. Essa abundância cósmica faz do carbono a base da química complexa em todo o cosmos.

Nucleossíntese estelar

O carbono se forma dentro de estrelas gigantes quando três núcleos de hélio-4 (partículas alfa) se fundem em um processo descoberto por Fred Hoyle. Essa reação exige temperaturas acima de 100 milhões de Kelvin e era tão improvável que Hoyle previu a existência de um nível específico de energia do carbono-12 para torná-la possível — uma previsão posteriormente confirmada e agora chamada de "estado de Hoyle".

Quando estrelas massivas explodem como supernovas, elas espalham carbono pela galáxia, semeando o espaço com as matérias-primas da vida. Cada átomo de carbono em seu corpo foi forjado no núcleo de uma estrela e distribuído pela morte estelar — fazendo de nós, literalmente, "poeira das estrelas".

Reservatórios de carbono da Terra

A Terra contém aproximadamente 1,85 × 10¹⁸ toneladas de carbono distribuídas em vários reservatórios:

Carbono geológico

  • Rochas sedimentares: 99,9% do carbono da Terra retido em calcário, carvão e folhelhos ricos em matéria orgânica
  • Depósitos de carvão: 1 trilhão de toneladas em todo o mundo, formados a partir de florestas antigas ao longo de mais de 300 milhões de anos
  • Petróleo e gás: Hidrocarbonetos retidos em reservatórios subterrâneos
  • Depósitos de diamante: Formados nas profundezas do manto terrestre sob pressão extrema
  • Minério de grafite: Depósitos metamórficos no Sri Lanka, em Madagascar e no Brasil

Formação natural de diamantes

Os diamantes se formam a 150–200 quilômetros abaixo da superfície terrestre, no manto, onde as pressões excedem 45.000 atmosferas e as temperaturas chegam a 1.200°C. Erupções vulcânicas chamadas chaminés de kimberlito trazem diamantes à superfície em explosões violentas que viajam mais rápido que a velocidade do som.

Locais famosos de diamantes incluem:

  • Botsuana: Produz 20% dos diamantes do mundo em valor
  • Rússia: Minas siberianas em condições de permafrost
  • Canadá: Minas de diamantes no Ártico descobertas na década de 1990
  • Austrália: A mina de Argyle produziu raros diamantes rosas

Carbono atmosférico e oceânico

O ciclo do carbono troca continuamente carbono entre a atmosfera, os oceanos e a biosfera:

  • CO₂ atmosférico: Atualmente 415 ppm, o nível mais alto em 3 milhões de anos
  • Carbono dissolvido nos oceanos: 38.000 bilhões de toneladas, 50 vezes mais que na atmosfera
  • Carbonatos marinhos: Recifes de coral e organismos que formam conchas
  • Circulação oceânica profunda: Transporta carbono globalmente ao longo de séculos

Carbono biológico

Os organismos vivos contêm cerca de 550 bilhões de toneladas de carbono:

  • Florestas: A floresta amazônica sozinha armazena 150–200 bilhões de toneladas
  • Matéria orgânica do solo: 1.600 bilhões de toneladas globalmente
  • Vida marinha: Fitoplâncton e ecossistemas oceânicos
  • Carbono fóssil: Matéria orgânica antiga em sedimentos

Alótropos do carbono na natureza

O carbono existe em várias formas com propriedades dramaticamente diferentes:

  • Diamante: Transparente, material natural mais duro
  • Grafite: Macio, condutor, encontrado em rochas metamórficas
  • Fulerenos: Descobertos na fuligem, também encontrados no espaço
  • Carbono amorfo: Carvão, fuligem e resíduos orgânicos

Manuseio

Segurança

Geralmente seguro, com precauções específicas para cada forma

O carbono puro em suas formas comuns é não tóxico e biologicamente inerte, mas diferentes alótropos e compostos de carbono exigem considerações específicas de segurança. As principais preocupações envolvem a inalação de partículas e materiais de carbono especializados.

Considerações respiratórias

Negro de carbono e partículas finas: A inalação de partículas de carbono pode causar irritação respiratória. A exposição prolongada ao negro de carbono pode aumentar o risco de câncer de pulmão, segundo a classificação da IARC (Grupo 2B — possivelmente cancerígeno).

Limites de exposição da OSHA:

  • Negro de carbono: 3,5 mg/m³ (TWA de 8 horas)
  • Grafite (natural): 2,5 mg/m³ de fração respirável
  • Grafite (sintético): 15 mg/m³ de poeira total, 5 mg/m³ de fração respirável

Segurança de nanomateriais

Nanotubos de carbono: Pesquisas sugerem potenciais riscos à saúde semelhantes aos do amianto devido à sua estrutura fibrosa. Manuseie com extrema cautela:

  • Use capelas de exaustão e ambientes com pressão negativa
  • Use proteção respiratória N95 ou superior
  • Evite varrer a seco — use métodos de limpeza úmida
  • Siga os protocolos de segurança em nanotecnologia

Grafeno: Há dados limitados sobre sua toxicidade. Estudos preliminares sugerem baixa toxicidade aguda, mas potencial de penetração celular. Use procedimentos padrão de segurança para nanomateriais.

Medidas de segurança industrial

  • Ventilação: Ventilação local de exaustão para operações com poeira
  • Proteção individual: Máscaras contra poeira, óculos de segurança e roupas protetoras
  • Limpeza: Limpeza regular para evitar o acúmulo de poeira
  • Treinamento: Educação dos trabalhadores sobre procedimentos adequados de manuseio

Perigos específicos dos materiais

Carvão ativado: Geralmente seguro, mas pode adsorver substâncias tóxicas do ar. Descarte o carvão usado como resíduo perigoso se estiver contaminado.

Ferramentas de diamante: Não apresentam toxicidade intrínseca, mas a usinagem pode criar partículas respiráveis. Use sistemas apropriados de coleta de poeira.

Fibra de carbono: Irritante para a pele e o sistema respiratório devido aos filamentos finos. Pode conduzir eletricidade — evite o contato com sistemas elétricos.

Riscos de incêndio e explosão

Perigo de explosão de poeira: Pós finos de carbono podem formar misturas explosivas com o ar. A energia mínima de ignição é muito baixa para alguns pós de carbono.

Medidas de prevenção:

  • Elimine fontes de ignição em áreas com poeira
  • Use equipamentos elétricos à prova de explosão
  • Mantenha os níveis de umidade acima de 45% quando possível
  • Instale sistemas de coleta de poeira com alívio de explosão

Segurança de produtos para consumidores

Carvão e produtos para churrasco: Seguros quando usados conforme a finalidade, mas:

  • Nunca use carvão em ambientes fechados — ele produz monóxido de carbono mortal
  • Garanta ventilação adequada durante o preparo de alimentos ao ar livre
  • Armazene em locais secos para evitar combustão espontânea

Grafite de lápis: Não é tóxico se ingerido em pequenas quantidades (apesar do nome "lápis de chumbo")

Suplementos de carbono: O carvão ativado pode interferir com medicamentos — consulte profissionais de saúde

Respostas rápidas

Carbono: perguntas frequentes

What is Carbono?

Carbono (symbol C) is element 6 on the periodic table, a não metal in period 2, group 14. The backbone of every known living thing, and the most versatile bonder in the periodic table. At room temperature it is a solid.

What is the electron configuration of Carbono?

Carbono's ground-state electron configuration is [He] 2s² 2p², giving 2 occupied shells holding 2, 4 electrons respectively. Its outer shell holds 4 electrons, which is what sets its bonding behaviour.

Does Carbono melt, or does it sublime?

At ordinary pressure carbono does not melt at all — it sublimes, passing straight from solid to vapour at about 3915 K (3641.9 °C). A liquid phase only exists above roughly 10.8 MPa, where it melts near 4600 K. That is why a single "melting point" for carbono is misleading without a stated pressure.

What is the atomic mass of Carbono?

The standard atomic weight of Carbono is 12.011 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.

How dense is Carbono?

Carbono has a density of 2.267 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of carbono is about 2.3× heavier.

What is the electronegativity of Carbono?

Carbono has a Pauling electronegativity of 2.55. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.

Who discovered Carbono, and when?

Carbono has been known since antiquity — it occurs in a form usable without smelting, so no single person can be credited with its discovery. The name comes from latin carbo, "charcoal".

How common is Carbono on Earth?

Carbono makes up about 0.2% of the Earth's crust — common enough to be mined at scale.