As várias faces do carbono

Ele é considerado o elemento da vida, mas também é apontado como responsável pelo aquecimento global. O que faz esse elemento químico ter diferentes faces?

O carbono, o mais versátil de todos os elementos químicos, será tema de um artigo para o especial ‘Tabela Periódica’, que a Ciência Hoje publicará em julho. Para escrever esse artigo, contamos com a sua participação. Você conhece as várias substâncias formadas somente por carbono? Sabe por que o carbono é o elemento da vida? Será que ele ‘mocinho’ ou ‘bandido’ para o meio ambiente? Como ele possibilita estimar a idade das coisas antigas? É hora de embarcarmos em uma fascinante viagem através da química do carbono. Faça também suas perguntas e considerações. Use a seção baixo para participar do nosso chat.

Aldo Zarbin
Departamento de Química, UFPR

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Matéria publicada em 11.06.2019

COMENTÁRIOS

  • Ana Maria

    Pode falar um pouco sobre a história do carbono? Foi mesmo descoberto na pré-história? se é um elemento que nos acompanha desde sempre, como pode ser danoso para o meio ambiente?

    Publicado em 11 de junho de 2019 Responder

    • Aldo Zarbin

      Oi Ana Maria, obrigado pela sua pergunta. Bom, em partes: acredita-se que o carbono (e os elementos mais pesados que o hidrogênio) tenha se originado no universo no interior de estrelas, a partir do hidrogênio, através de processos de fusão nuclear em altíssimas energias. Isso logo após a grande explosão que deu origem ao universo (há aproximadamente 13-14 bilhões de anos atrás), onde todo o hidrogênio haveria se formado a partir de um plasma de partículas elementares. Então, passados alguns bilhões de anos, quando nosso planeta foi formado (aproximadamente 4,6 bilhões de anos atrás), o carbono já estava por aqui. Pra você ter uma ideia, atualmente o carbono é o sexto elemento mais abundante em todo o universo, e o 19º. Na Terra.
      Mas isso tudo é conhecimento que temos hoje. A identificação do Carbono como elemento químico se deu somente no século XVIII, pelo químico francês Antoine Lavoisier. Apesar disso, o carbono na forma de carvão, por exemplo, é um dos elementos utilizados a mais tempo, com registros de sua utilização pelo homem na pré-história. Há registros de uso do grafite em aproximadamente 4 milênios antes de Cristo por civilizações europeias, assim como registros de uso do diamante pelos chineses em 2500 aC.
      Com relação ao dano para o meio ambiente. O excesso de emissão de carbono, como ficou conhecido, se deve ao excesso de gás carbônico na atmosfera, responsável pelo efeito estufa, que aumenta a temperatura média da Terra. Ora, esse excesso é decorrente da forte presença das atividades humanas, como queima de combustíveis fósseis de forma descontrolada, aliada ao desmatamento, que diminui a absorção do CO2 pelas plantas. Ou seja, o vilão para o meio ambiente não é o carbono. E sim o homem!
      Mais uma vez, obrigado por sua participação aqui.

      Publicado em 12 de junho de 2019 Responder

  • Murilo Araújo Cipriano Bandeira

    Olá, meu nome é Murilo e eu tenho uma dúvida que venho pensando a vários anos, o carbono poderia ser substituído pelo silício nas placas solares? Por conta de de suas propriedades químicas e também pelo fato de ter 4 elétrons na câmara de valência eu penso que poderia ser um substituto válido e também mais barato, porém a aplicação seria
    um tanto difícil mas na forma de grafeno talvez pudesse ser mais aplicável.
    No entanto os custos iriam se elevar, são miutos fatores à considerar, eu não sou um químico e pouco tenho conhecimento científico aprofundado, sou apenas um recém universitário curioso por assuntos científicos e sem tecnologia para desenvolver pesquisas como essa.

    Publicado em 12 de junho de 2019 Responder

    • Aldo Zarbin

      Olá Murilo, obrigado pela pergunta.
      Bem, a propriedade que faz o silício ser usado em células solares é uma propriedade decorrente da matéria no estado sólido, conhecida como semicondutor. O silício é um semicondutor clássico, que faz inclusive ele ser usado em chips de computadores, por exemplo, e em células solares dessa categoria. O uso de algumas formas de carbono (como os fulerenos, os nanotubos de carbono e principalmente o grafeno, como você apontou), em células solares representa um grande volume das pesquisas que se desenvolve nessa área, e certamente terá impacto em breve nessa tecnologia, não necessariamente substituindo o silício, mas atuando em conjunto, para melhorar bastante sua performance. Além disso, existem hoje tecnologias de células solares que já não utilizam o silício, para aplicações muito específicas, como as chamadas células solares orgânicas ou células solares sensibilizadas por corantes. Nesse tipo específico, a presença dessas estruturas de carbono será bastante importante.
      Uma coisa legal do que você falou: sim, o carbono, assim como o silício, tem 4 elétrons na camada de valência, pois ambos pertencem à mesma família da tabela periódica (grupo 14). Mas o fato de estarem em períodos diferentes na tabela, ou seja, o fato do silício possuir uma camada a mais que o carbono, faz muita diferença nas energias das ligações possíveis entre eles, e portanto nas propriedades dos produtos resultantes. Não há vida baseada em silício, por exemplo (pelo menos não na Terra)!
      Obrigado mais uma vez pela sua participação aqui!

      Publicado em 12 de junho de 2019 Responder

  • Ricardo Athayde

    Olá, bom dia. Você acredita mesmo que essa chamada “revolução do grafeno”, caso se concretize, pode mudar mesmo diversos campos da ciência, fornecendo novos materiais e novas soluções hoje consideradas apenas como teoria? Pode nos dar algum bom exemplo?

    Publicado em 12 de junho de 2019 Responder

    • Aldo Zarbin

      Olá Ricardo, muito obrigado por sua pergunta!
      Dando uma resposta curta e direta: sim!
      Veja, sempre que uma nova descoberta científica de grandes dimensões acontece, a comunidade como um todo fica bastante excitada com as possíveis consequências dessa descoberta, e muitas vezes costuma superestimar essas consequências. No caso do grafeno não foi diferente, mas especificamente nesse caso, há muitas razões para que eu acredite que as expectativas não sejam exageradas. Primeiro porque o grafeno já era conhecido “teoricamente” a cerca de 50 anos da sua descoberta de fato, e suas propriedades já haviam sido previstas, antes dele ser realmente isolado; segundo, porque ele vem no reboque da outra nanoestrutura de carbono, os nanotubos, que já traziam consigo um grande cabedal de conhecimento científico e tecnológico, que facilitou bastante o caminho do grafeno.
      O que se passa é que ambos, nanotubos e grafeno, possuem propriedades tão fascinantes, que é difícil imaginarmos que elas não estejam participando de alguma forma da nossa vida cotidiana, em poucos anos. Os nanotubos, na verdade, já estão presentes em mais de 150 produtos disponíveis comercialmente hoje em dia, e o caminho do grafeno não será diferente.
      É importante também lembrarmos que muitas coisas que estamos vivendo hoje em dia não passavam de ideias de ficção científica há poucos anos atrás. Meus avós jamais imaginariam que um dia as pessoas andariam com telefones nos bolsos. Eu, há 35 anos, jamais imaginaria que poderia usar um telefone que está no meu bolso para acessar a internet. Aliás, jamais imaginaria a existência da internet, e todas as facilidades (e os problemas) que ela nos trouxe.
      O grafeno tem potencial de deixar quase tudo melhor, em termos de performance – computadores, celulares, baterias, células solares, sensores, materiais eletrônicos, diferentes formas de comunicação e transmissão de dados, veículos automotores, caminhos para geração de combustíveis, sensores, catalisadores de reações químicas importantes, tratamentos de doenças (incluindo doenças que ainda não existe tratamento), kits de diagnóstico de doenças, etc, etc. Além disso, a presença do grafeno pode diminuir muito o tamanho e o peso das coisas. Mas existe ainda muita ciência e pesquisa fundamental para ser realizada antes dessas coisas se tornarem realidade. Não nos esqueçamos que tudo isso, o que se promete para o futuro, e aquilo que hoje temos (e que era inimaginável num passado recente), é fruto do conhecimento científico.
      Novamente, muito obrigado por sua contribuição nesse debate!

      Publicado em 12 de junho de 2019 Responder

  • Angela Teresa

    Talvez fugindo um pouco do assunto, o que acha do ensino de química? Por que, na escola, não aprendemos esse lado fascinante do carbono?

    Publicado em 12 de junho de 2019 Responder

    • Aldo Zarbin

      Oi Angela, bom dia, e obrigado pela pergunta.
      Fugiu um pouco do assunto, mas assunto relacionado à educação sempre é relevante, certo? O ensino de química no Brasil, no ensino médio, sofre inicialmente do problema do ensino médio em geral, que é a desvalorização dos professores, o desestímulo, e a falta de infraestrutura básica em muitas regiões. Infelizmente esse é um problema estrutural que perpassa somente o ensino de química.
      Mas se considerarmos agora somente o ensino de química, posso te assegurar que está melhorando, e bastante. Houve uma crescente preocupação da comunidade com a qualidade e o conteúdo do ensino de química a partir da década de 1980, e com a chegada do PNLD (Programa nacional do livro didático) em 1985, isso foi impulsionado bastante. O PNLD foi aperfeiçoado em 1995, com a análise e a avaliação prévia do conteúdo pedagógico dos livros didáticos que seriam distribuídos em todo o país, o que melhorou sobremaneira a qualidade dos livros. Somado a isso um maior número de professores licenciados na química começou a ser formado, garantindo uma melhora na qualidade. No início do século XXI houve um aumento nas políticas públicas para formação de professores, e a qualidade do ensino foi aumentando também.
      Embora muito distante do ideal, essas ações a algumas outras isoladas (como o PROFQUI – Programa de mestrado para professores de química da rede pública de ensino, que foi capitaneado pelas Sociedade Brasileira de Química e hoje é um programa multi-centro em Universidades de vários estados do Brasil) têm elevado o nível do ensino. Certamente as maravilhas do carbono, e as maravilhas da química em si, têm sido abordadas em diferentes centros. Temos a obrigação de trabalhar para que a qualidade aumente cada vez mais, e creio que estamos fazendo isso.
      Muito obrigado pela sua participação.

      Publicado em 13 de junho de 2019 Responder

  • Pedro

    Acha possível a vida sem emissões de carbono?

    Publicado em 12 de junho de 2019 Responder

    • Aldo Zarbin

      Olá Pedro, tudo bem? Obrigado pela pergunta.
      Não, de forma alguma. A emissão de gás carbônico é a própria condição da vida aeróbica, no processo de respiração: inspiramos oxigênio e expiramos gás carbônico!
      O que acredito possível – e tem que ser possível, para garantia de sobrevivência do Planeta nos próximos 100-200 anos – é a diminuição significativa da quantidade de CO2 emitido. Pra se ter uma ideia, estamos emitindo cerca de 30 a 40 bilhões de toneladas/ano de CO2 na atmosfera. Hoje, não haveria espaço no planeta Terra para plantar árvores que pudessem capturar toda essa emissão!
      A diminuição da emissão de gás carbônico deve ser acompanhada por mudanças no nosso padrão de vida, principalmente diminuindo a nossa dependência dos combustíveis fósseis, e apostando em fontes alternativas de energia – solar, eólica, elétrica, etc. E isso passa por decisões políticas, o que não é fácil de se conseguir. Por exemplo, em 1997 houve uma convenção da ONU na cidade japonesa de Kyoto, onde se assinou um protocolo com um comprometimento da diminuição gradativa da emissão de CO2, com uma meta de redução de 5,2% até 2012. O protocolo só entrou em vigor em 2005, com a ratificação de 192 países, mas em 2012 somente 30 países cumpriram a meta – exatamente aqueles que menos poluíam. Mas essa é uma preocupação que tem que estar nas nossas agendas permanentemente, e com urgência.
      Muito obrigado pela sua participação aqui!

      Publicado em 13 de junho de 2019 Responder

  • Diego Alves de Oliveira

    Olá, sou estudante de doutorado pela UFMG e Professor no IFMG. O Carbono em minha tese possui um papel central. Trabalho com uma área úmida que é propícia para armazenar carbono nos sedimentos (mas que está sendo assoreada), fiz análise de radiocarbono para datação dos sedimentos, fiz análise do teor de carbono orgânico das minhas amostras, fiz análise da composição isótópica do 13C e durante meu doutorado sanduíche na Universidade de Glasgow, descobri que é possível medir nuclídeos cosmogênicos em grãos de quartzo para medir as taxas de denudação ou deposição do carbono, o qual, devido a sua meia vida, permite estudar uma dinâmica ambiental a partir do Holoceno. Gostaria que vocês pudessem falar também desta importância dos isótopos do C e as várias respostas que eles podem oferecer para entender o meio ambiente. Da Terra, e quem sabe, dos outros planetas?

    Publicado em 12 de junho de 2019 Responder

    • Aldo Zarbin

      Oi Diego, bom dia, muito obrigado pelos seus comentários, que são extremamente pertinentes. Tenha certeza que suas considerações serão levadas em conta, dentro do possível para um artigo de divulgação científica.
      Parabéns pelo trabalho, e te desejo muito sucesso na carreira.

      Publicado em 13 de junho de 2019 Responder

  • Alex frei

    sobre o co2 no efeito estufa. Por favor, como o co2, q corresponde a apenas 0,04% da composicao da atmosfera, consegue 1 particula sozinha excitar por emissão ultravioleta , outras 2500 ao seu redor, elevando a temperatura ambiente, q milagre da termo dinamica é esse?

    Publicado em 12 de junho de 2019 Responder

    • Aldo Zarbin

      Olá Alex, bom dia, e muito obrigado pela sua pergunta. Ela é muito importante para esclarecermos o efeito estufa.
      Não é nenhum milagre, e o processo é um pouco diferente da forma como você colocou. Bom, o aquecimento da terra por excesso de CO2 é o mesmo efeito do aquecimento de um carro que fica no sol, ou de estufas de vidro para aquecer plantas – daí o nome efeito estufa (muitas pessoas não são familiarizadas com estufas de planta – são somente construções de vidro que ficam ao sol, e dentro a temperatura fica muito maior do que fora, o que é excelente para alguns tipos de plantas. Aqui em Curitiba, onde eu moro, um dos símbolos da cidade é o Jardim Botânico, que tem uma estufa de vidro enorme e modernista). Mas vamos lá, como funciona a estufa, ou porque a temperatura dentro é maior que fora (porque a temperatura do carro fechado sob o sol é maior que fora)? O que se passa é que o vidro da estufa (e do carro) não é transparente à radiação infravermelha (que é a responsável pelo calor do sol, quando somos expostos a ele). Portanto, a radiação infravermelha não é dissipada, ficando dentro da estufa (ou do carro) porque não tem por onde sair, aumentando portanto a temperatura interna.
      Na atmosfera, o CO2 acumulado funciona exatamente como o vidro na estufa. Ele não deixa que os raios infravermelhos refletidos pela superfície da terra sejam dissipados, ou seja, o calor fica confinado ao redor da terra. Se a emissão do CO2 é baixa, ele não se acumula na atmosfera, e o efeito não ocorre. Se a emissão é alta, fica uma camada espessa de CO2 ao redor do planeta, evitando a dissipação do calor, e causando um aumento na temperatura da terra.
      Obrigado mais uma vez pela sua participação Alex!

      Publicado em 13 de junho de 2019 Responder

      • Alex frei

        Prezado Sr. Zarbin,
        Obrigado pela sua resposta, porem ela é totalmente incipiente.
        Fiz uma pergunta técnica e esperava uma resposta a altura de alguem q entenda de termo dinamica entre gases.
        Sua comparacao da teoria do efeito “estufa” do co2 na atmosfera com o acumulo de calor em ambiente fechado como uma estufa de vidro ou o carro foi extremamente decepcionante. Nao tenho 9 anos para esse tipo de estorinhas.
        Por favor, explique como um gas q representa apenas 0,04% do volume da atmosfera, consegue sozinho, elevar a temperatura do outros 99,96%. E q fique bem claro, q o co2 nao se concentra formando uma camada isolante, Trata se de um gás diluido em um meio igualmente gasoso. Ou seja, 1 particula q flutua livremente entre 2500 outras. Nada q ver com uma estufa de vidro ou um carro fechado.
        Se nao tiver uma resposta a altura minima de um profissional de física, entao nao perca tempo em tentar responder.
        Atenciosamente.

        Publicado em 13 de junho de 2019

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