carbono (C) é um elemento muito flexível e pode formar um número de íons diferentes. O carbono tem uma concha exterior que consiste de 4 elétrons de Valência. Isto significa que pode adicionar 4 elétrons para ganhar uma concha exterior completa ou perder 4 elétrons para se livrar de sua concha exterior.
assim, um íon de carbono pode ter uma carga de qualquer lugar de -4 a +4, dependendo se perde ou ganha elétrons. Embora os estados de oxidação mais comuns do carbono sejam +4 e +2, O carbono é capaz de fazer íons com estados de oxidação de +3, +1, -1, -2, e -3.
Visão geral
Estritamente falando, carbono quase nunca formulários de free-standing monoatômicos íons, como sódio (Na) cloro (Cl) pode. O carbono é geralmente um elemento muito estável que é resistente a ganhar ou perder elétrons. O carbono é quase igualmente eletropositivo e eletronegativo, por isso raramente tem necessidade de ganhar ou perder elétrons. Na maior parte do tempo, o carbono apenas formará ligações covalentes e compartilhará elétrons em vez de formar um íon. É inteiramente possível criar íons de carbono monatômico, apenas requer uma grande quantidade de energia que aumenta para cada elétron subsequente que é removido.
carbono, no entanto, é capaz de formar íons poliatômicos. A estrutura eletrônica flexível do carbono permite que ele se forme como o núcleo de íons poliatômicos. Muitos desses íons poliatômicos, incluindo o carbono, são essenciais para a vida como a conhecemos, e desempenham um papel importante nos organismos vivos. Outros são importantes para a compreensão do comportamento dos minerais, e outros são usados na indústria como combustível, materiais de construção e soluções de limpeza. Como o carbono é um elemento tão flexível, os muitos íons poliatômicos que o carbono pode formar podem variar muito em suas propriedades.
“nós definimos química orgânica como a química dos compostos de carbono.”- August Kekule
O Que É Um Íon?
um íon é um átomo ou molécula que tem uma carga elétrica não neutra. Átomos eletricamente neutros se tornam íons através da remoção ou adição de elétrons. Uma vez que os elétrons têm uma carga igual e oposta aos prótons, a carga elétrica líquida sobre um íon vem do átomo que tem uma quantidade desigual de prótons e elétrons. Átomos únicos que são íons são chamados íons monatômicos e moléculas multi-atômicas com uma carga elétrica não-neutra são chamados íons poliatômicos. Íons positivamente carregados são chamados catiões e têm mais prótons do que elétrons. Íons carregados negativamente são chamados aniões e têm mais elétrons do que prótons. Os químicos representam íons adicionando um sobrescrito positivo ou negativo ao lado da fórmula química de uma substância. Um átomo de carbono que perdeu um único elétron e assim tem uma carga positiva é escrito como C1⁺. Inversamente, um átomo de carbono que ganhou um único elétron e tem uma carga negativa é escrito C1⁻.
A tendência de um átomo ou molécula para formar um cátion é determinado pela substância da energia de ionização. A energia de ionização é uma medida de quanta energia o átomo ou molécula deve absorver para liberar um de seus elétrons, deixando assim uma carga positiva. Em geral, remover um único elétron de um átomo neutro custa a menor quantidade de energia, com a energia de ionização necessária aumentando para cada elétron subsequente. Por exemplo, a primeira energia de ionização para o carbono é 1086,5 kJ/mol. Isto é, é preciso 1086,5 kJ de energia para remover um único elétron de uma toupeira de carbono. A segunda energia de ionização para o carbono é 2352,6 kJ / mol, mais do dobro da energia necessária do que a primeira energia de ionização.
a tendência para um átomo formar um anião é determinada pela sua electronegatividade. A eletronegatividade (EN) de uma substância é uma medida de quanto a substância atrai elétrons. Quanto mais eletronegativo um elemento, mais provável é adquirir elétrons adicionais, então mais provável é formar aniões. O carbono tem uma EN de 2,55 na escala de Pauling, um valor aproximadamente no meio. In contrast, Oxygen (O) has an EN of 3.44; very electronegative. É muito provável que o oxigênio preencha suas duas fendas de Valência abertas com elétrons para formar um O2⁻ anião.Iões feitos de átomos únicos são chamados monatômicos. Íons feitos de moléculas com múltiplos átomos são chamados íons poliatômicos. Íons poliatômicos são compostos químicos que têm uma carga elétrica não neutra. Assim como íons monatômicos, íons poliatômicos têm uma quantidade desigual de elétrons e prótons. Ao escrever a fórmula para um poliatômico, o composto é escrito entre parênteses rectos e a carga elétrica é escrita como um sobrescrito fora dos parênteses rectos. Amônio, por exemplo, é um íon poliatômico com uma fórmula química de +. O amônio contém menos um elétron do que prótons e assim tem uma carga elétrica global de +1. Outros íons poliatômicos incluem hidróxido ( − ) e sulfato (2−).Os íons não são os mesmos que a polaridade. Uma molécula polar tem uma carga elétrica parcial enquanto íons têm cargas completas. A carga de um íon é sempre algum valor inteiro. Iões de sódio têm uma carga de +1, iões de cloro uma carga de -1. Moléculas polares têm dipolos parcialmente carregados e seu valor de carga não é um inteiro. A carga da extremidade negativa do oxigênio na água é cerca de -2 / 3e, cerca de dois terços da carga de um único elétron.
carbono como Ião
iões Monatómicos com carbono
uma vez que o carbono é um elemento eletricamente estável, ele quase nunca forma naturalmente íons monatômicos livres na forma de C3⁺ ou C⁴ -. Não há nada em particular que impeça a formação de íons de carbono, apenas o fato de que ele requer bastante energia para fazê-lo. Em vez de perder ou ganhar elétrons, o carbono na maior parte do tempo vai formar uma ligação covalente através da partilha de elétrons. Por exemplo, o carbono formará metano (CH4) compartilhando seus 4 elétrons externos com hidrogênio não é eletronegativo o suficiente para tomar elétrons do carbono e o carbono não é eletronegativo o suficiente para tomar elétrons do hidrogênio. Então, o carbono apenas compartilha cada um dos seus 4 elétrons externos com o único elétron externo de cada hidrogênio.
uma maneira de formar íons monatômicos livres de carbono de uma nuvem de carbono gasoso é com um laser. O carbono irá sublimar-se num gás a alta temperatura. Então, um laser pode ser disparado contra os átomos de carbono individuais para derrubar elétrons para fazer íons de carbono. Teoricamente, você poderia ionizar completamente um átomo de carbono removendo todos os seus elétrons desta forma. Este processo não é particularmente prático ou útil como cada elétron subsequente removido do átomo de carbono requer mais e mais energia.
iões poliatómicos com carbono
carbono, no entanto, é capaz de fazer naturalmente um número de iões poliatómicos. Como o carbono é um elemento muito flexível, os vários íons poliatômicos que pode formar têm propriedades químicas muito diferentes. Alguns são relativamente monótonos e inertes, enquanto outros podem ser perigosos ou extremamente voláteis. O carbono é um dos componentes mais freqüentes dos vários íons poliatômicos conhecidos.
carbono e nitrogênio (N), por exemplo, combinam − se para formar o cianeto de anião ( – ), um composto extremamente venenoso. O cianeto é composto por um átomo de carbono ligado triplo a um átomo de azoto. O cianeto é produzido naturalmente por muitas plantas e fungos, muitas vezes como um mecanismo de defesa. O cianeto pode se ligar com um átomo de hidrogênio para formar ácido cianídrico (HCN) um composto extremamente corrosivo que pode ser fatal em pequenas doses.Outro íon poliatômico comum contendo carbono é o carbonato (2 -). Iões carbonatados formam ligações iônicas com muitos outros compostos para formar sais e minerais. A maioria das rochas sedimentares contém iões carbonatados, normalmente ligados ao cálcio para formar carbonato de cálcio (CaCO3). Outros compostos carbonatados incluem carbonato de ferro (FeCO3) e carbonato de sódio (Na2CO3). Carbonato de cálcio é também o principal componente de conchas de Molusco e esqueletos de coral.
“percebi que era como uma agência de Encontros; os íons são as almas perdidas à procura de companheiros; o eletrólito é a agência que pode ajudá-los a encontrar-se.”— Victoria Finlay
Existe uma importante família de compostos chamados carbonetos que são formados pela ligação de carbono íons altamente electropositiva alcalinos e alcalino-terrosos. Estes carbonetos podem ser divididos em três grupos, dependentes do caráter do(s) íon (s) de carbono central (is). Metanidas são formadas com um núcleo C4, acetilidas com um núcleo C₂2, e sesquicarbidas com um núcleo C₃4. A maioria destes compostos de carboneto pode ser produzida pela decomposição de compostos de carbono ligados covalentemente.
o acetato composto é um importante íon poliatômico contendo carbono. O acetato ( − ou −) é onipresente na natureza, uma vez que é um dos principais blocos de construção da biossíntese. O acetato no corpo é usado para criar ácidos graxos, um dos lípidos mais importantes, e para fazer acetil-CoA, que está envolvido na respiração celular.Iões de carbono também encontraram um nicho de uso para o tratamento de tumores através de radioterapia. A terapia de radiação de carbono consiste em tratar tumores disparando partículas de carbono fortemente ionizadas em tumores. As partículas de carbono ionizadas podem danificar a estrutura celular das células tumorais, parando o seu crescimento e matando-as. A terapia de íon de carbono mostra benefícios sobre as formas tradicionais de terapia de radiação em que os núcleos mais pesados de átomos de carbono permitem um tratamento mais preciso e poderoso. Núcleos pesados, ao contrário da radiação de fótons, são capazes de ser guiados por campos magnéticos, para que possam ser manipulados mais precisamente para atingir tumores.