Dois experimentos envolvendo compostos de carbono

DOIS EXPERIMENTOS ENVOLVENDO COMPOSTOS DE CARBONO
Carbono, nome dado por Lavoisier em 1789, do latim carbo, carvão, (carbone, em
francês), é um elemento não-metálico, pertencente ao grupo 14 do sistema periódico, cujo
símbolo químico é C e o número atômico, 6.
Já era conhecido pelo homem pré-histórico sob a forma de carvão vegetal, que é uma
substância de cor negra obtida pela carbonização da madeira e utilizado como combustível.
Esse uso permanece atualmente, pois o mesmo alimenta aquecedores, lareiras,
churrasqueiras e fogões a lenha.
Devido à sua composição química e área superficial, o carvão apresenta uma
propriedade importante chamada adsorção, que consiste na retenção de substâncias
líquidas, gasosas ou dissolvidas em sua superfície. O fenômeno difere da absorção, pois
ocorre somente na superfície do material. Em algumas situações, é difícil avaliar se um
fenômeno é adsorção ou absorção, sendo mais prudente dizer que houve sorção
simplesmente. No caso dos fenômenos que envolvem o carvão, no entanto, prevalece o
fenômeno da adsorção, a qual é explicada com base em dois tipos de interação: adsorção
física (fisissorção) e adsorção química (quimissorção). A distinção pode ser basicamente
atribuída à natureza e intensidade das interações que ocorrem entre o material que adsorve
(adsorvente) e o material que é adsorvido (adsorvato). Na fisissorção, a interação ocorre por
forças intermoleculares do tipo Van der Waals (interação de dispersão ou dipolo induzido,
também chamada de forças de London). Na quimissorção, a união ocorre por meio de
ligações químicas (normalmente covalentes), que tendem a um número de coordenação
máximo com o substrato.
O carvão é um material formado por cadeias de carbono em cujas extremidades
podem existir vários elementos, sendo mais comuns o oxigênio e o hidrogênio, constituindo
grupos funcionais carbonila, carboxila, hidroxila e enóis. Além do carvão vegetal, já citado
anteriormente, existem outros dois tipos de carvão: o mineral e o ativado. As principais
diferenças ente eles são decorrentes da forma de obtenção, da porosidade e da área
superficial. O utilizado para retirar odores do interior das geladeiras é o vegetal. O carvão
ativado apresenta vantagens associadas à adsorção. Esse tipo é obtido a partir de
carbonização em atmosfera inerte de materiais lignocelulósicos como madeira, casca de
coco, bagaço de cana de açúcar, palha de milho, casca de arroz, entre outros, seguindo-se de
tratamento térmico e/ou químico. A ativação consiste na retirada de resíduos orgânicos
(alcatrão, creosoto e naftas, por exemplo) que estejam obstruindo os poros, resultando em
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uma forma de carvão mais poroso e, por isso, com maior área superficial. Diferentes
tamanhos de poros podem ser formados de acordo com a temperatura, o material de
origem e as condições de ativação. Na ativação física, geralmente emprega-se também água
e gás carbônico. Reagentes tais como cloreto de zinco, ácido sulfúrico, ácido fosfórico,
hidróxido de potássio e hidróxido de sódio são os mais comuns na ativação química. Devido
à sua elevada porosidade, o carvão ativado possui maior capacidade de reter gases, líquidos,
substâncias dissolvidas e impurezas em sua superfície, sendo utilizado em diversos processos
industriais quando se deseja purificar uma substância ou mistura de substâncias, clarear
algum produto ou remover contaminantes. Na indústria de alimentos, por exemplo, o carvão
ativado é usado na purificação de óleos, sucos de frutas e bebidas alcoólicas. Já na indústria
farmacêutica, é utilizado no processo de fabricação de medicamentos como antibióticos e
anestésicos. Ainda podemos citar a sua utilização em aparelhos de diálise, filtros para
cigarros, filtros para aquário, na purificação de água doméstica, industrial e no tratamento
de efluentes. Ele elimina cor, odor e remove substâncias orgânicas dissolvidas. Esse tipo de
carvão pode ainda ser aplicado na purificação de ar, já que adsorve contaminantes nocivos e
remove materiais indesejáveis por meio de aparatos operacionais como filtros industriais ou
máscaras de proteção contra gases tóxicos. O uso de carvão ativado também é considerado
hoje um dos mais eficientes tratamentos em casos de intoxicações, sobretudo quando o
socorro é tardio. O carvão ativado absorve a substância tóxica e diminui a quantidade
disponível para absorção pelo sistema digestivo. Os seus efeitos colaterais são mínimos. As
substâncias tóxicas adsorvidas nos poros são eliminadas com o carvão através das fezes.
A maior importância do carbono, no entanto, vem do fato de toda matéria viva ser
formada de combinações desse elemento. É o pilar básico da química orgânica, se conhecem
cerca de 10 milhões de compostos de carbono.
Caracteriza-se por apresentar diferentes estados alotrópicos, ou seja, apresenta
substâncias simples diferentes que são chamados de alótropos. Dois alótropos do carbono
que podem ser destacados são a grafita e o diamante.
Os compostos minerais de carbono, como o calcário (carbonato de cálcio) e a
magnesita (carbonato de magnésio), constituem cerca de 0,2% da crosta terrestre. Por outro
lado, o petróleo e o gás natural são misturas de hidrocarbonetos – compostos orgânicos
constituídos de carbono e hidrogênio – e formam grandes bolsas em alguns pontos do
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subsolo. Sua origem são os restos vegetais e animais de épocas geológicas remotas, que
ficaram recobertos por estratos durante a evolução da crosta terrestre.
Outros comostos de carbono que se destacam, por suas características ou aplicações,
são o sulfeto de carbono (CS2), empregado como matéria-prima na indústria têxtil para
obtenção de fibras sintéticas; o carbeto de cálcio (CaC 2), primeiro elo de numerosos
processos de síntese na indústria química; e o carboneto de silício (CSi), quase tão duro
como o diamante, que faz parte dos componentes das pedras de afiar e esmeris utilizados
para trabalhar metais.
Os óxidos de carbono mais importantes são o monóxido de carbono (CO) e o dióxido
de carbono, ou gás carbônico (CO2). O primeiro, que resulta da combustão incompleta de
carbono ou compostos orgânicos carbonados, é um gás tóxico. O dióxido de carbono
participa da composição da atmosfera e encontra-se também nos mananciais de águas
gasosas. Esse gás é um dos compostos envolvidos nos ciclos do carbono e do oxigênio na
natureza, que são processos fundamentais na transformação constante das substâncias
orgânicas que constituem a biosfera, ou seja, o ambiente em que se desenvolvem os
fenômenos biológicos. Na primeira etapa do ciclo, a fotossíntese, as partes verdes das
plantas absorvem o dióxido de carbono atmosférico e o fazem reagir com a água. Para isso,
servem-se da luz solar e da presença de clorofila. Formam-se assim compostos de carbono
complexos, que vão constituir a própria estrutura dos vegetais, com liberação de oxigênio.
Esse gás, que passa ao ar, é utilizado na respiração de bactérias e animais, em que se registra
o processo inverso – captação de oxigênio e desprendimento de dióxido de carbono – com o
que se encerra o ciclo. O ciclo do carbono, com seus elementos de transformação –
vegetação em geral – é extremamente importante porque, graças a ele, assegura-se a
continuidade do equilíbrio ecológico vital. O CO2 é um gás estufa. O efeito estufa é um
processo que ocorre quando uma parte da radiação solar refletida pela superfície terrestre é
absorvida por determinados gases presentes na atmosfera. Como consequência disso, o
calor fica retido, não sendo libertado para o espaço. Graças ao efeito estufa, a temperatura
da Terra passa de -18°C para aproximadamente 15°C, condição em que é possível haver vida
na mesma. O aumento do teor desses gases na atmosfera em decorrência de atividades
humanas, no entanto, pode causar uma exacerbação do efeito estufa e, conseqüentemente,
um aquecimento global do planeta.
Nessa aula, dois experimentos envolvendo compostos de carbono serão realizados.
DOIS EXPERIMENTOS ENVOLVENDO COMPOSTOS DE CARBONO
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL I
1. Separe 2 gramas de cada tipo de carvão (comum e ativado) e triture os mesmos até obter
uma granulação semelhante para ambos, utilizando almofariz e pistilo.
2. Transfira cada amostra de carvão para um béquer de 25 mL e adicione 15 mL de refresco
previamente preparado conforme instruções do rótulo.
3. Agite as misturas e deixe-as descansar por 10 minutos.*
4. Passados os 10 minutos, faça uma filtração de ambos os sistemas, utilizando um funil,
introduzido num erlenmayer, e papel de filtro.
5. Transfira os filtrados para tubos de ensaio e observe o que aconteceu, comparando o
conteúdo desses tubos com o refresco original. Como você explicaria esse fenômeno?
* Durante esse período de tempo, realize o PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL II.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL II
1. Coloque 250 mL de água num béquer.
2. Coloque uma bolinha de naftalina na água e observe.
3. Adicione o comprimido antiácido e observe o que ocorre com a bolinha de naftalina.
Como você explicaria esse fenômeno?