O carbono é um metal?

No vasto sistema da tabela periódica de elementos, o carbono e os elementos metálicos têm uma luz única. Mas o carbono é um metal? A resposta é não, o carbono é um não-metal. Nos elementos químicos, o carbono e o metal ocupam uma posição importante, mas há diferenças essenciais. Desde a estrutura atômica microscópica, passando pelas propriedades físicas e químicas macroscópicas, até a aplicação prática, a diferença entre os dois é total.

As características básicas do carbono

Estrutura atômica do carbono

O carbono é o elemento 6, com seis prótons em seu núcleo e duas camadas de elétrons, com quatro elétrons na camada mais externa. Essa estrutura eletrônica especial faz com que o carbono não perca elétrons facilmente para formar cátions como os elementos metálicos. Nem fácil de obter elétrons para formar ânions, como alguns elementos não metálicos. Nas reações químicas, ele tende a formar ligações covalentes com outros átomos ao compartilhar pares de elétrons, obtendo assim uma estrutura eletrônica estável. Essa é a chave para a formação de muitos compostos orgânicos e alótropos exclusivos de carbono.

Propriedades físicas

O carbono tem propriedades alotrópicas muito diferentes. O diamante é a substância mais dura da natureza, com dureza Mohs de até 10. Os átomos se unem covalentemente para formar um tetraedro estável, com estrutura compacta, incolor, transparente, refrativo, com boa condutividade térmica, mas quase sem eletricidade. O grafite é macio e escorregadio, sua estrutura em camadas permite o deslizamento fácil entre as camadas. Pode ser usado como lubrificante e pode conduzir eletricidade devido aos elétrons livres na camada. Fullerenos, nanotubos de carbono, grafenoetc. têm suas próprias estruturas e propriedades exclusivas e têm amplas perspectivas de aplicação.

Definição e características dos metais

Definição de metais

O metal é brilhante, dúctil, fácil de conduzir eletricidade, calor e outras propriedades do material. Na tabela periódica de elementos, os elementos metálicos ocupam a maior parte do lugar. Eles têm algumas características comuns na estrutura atômica, nas propriedades físicas e nas propriedades químicas.

Recursos típicos

Brilho metálico:

Os elétrons livres podem absorver e refletir a luz visível, dando ao metal um brilho único. Como o ouro e a prata deslumbrantes, a maioria dos utensílios diários de metal apresenta essa aparência brilhante.

Boa condutividade elétrica:

Há um grande número de elétrons livres no interior, que podem se mover livremente para formar uma corrente sob a ação de um campo elétrico. Na vida, o cobre e o alumínio são metais condutores comuns. Eles podem ser amplamente utilizados na fabricação de fios e cabos para garantir a transmissão de energia.

Forte condutividade térmica:

Quando aquecido, o movimento térmico dos elétrons livres é intensificado, e o calor é rapidamente transferido para várias partes. Tome a panela de ferro como exemplo: quando aquecida, o calor no fundo da panela se espalha rápida e uniformemente para o cozimento. O dissipador de calor de metal da CPU do computador também usa a condutividade térmica do metal para resfriar o chip.

Excelente ductilidade:

Os átomos são compactados firmemente, e as ligações metálicas permitem que os átomos deslizem uns em relação aos outros quando tensionados. Você pode forjar metais em folhas, como a folha de ouro. Também é possível transformá-los em fios finos, como fios de ferro e fios de cobre. É fácil processá-lo em uma variedade de formas para atender a diferentes necessidades industriais e da vida.

Análise comparativa das características do carbono e do metal

Características de aparência

O metal geralmente tem um brilho metálico e uma superfície brilhante. A aparência do carbono difere significativamente devido aos diferentes alótropos; o diamante é transparente e brilhante. O grafite é cinza escuro e escorregadio, e a aparência do metal é muito diferente, indicando ainda que o carbono não é metal.

Condutividade elétrica

O metal é um bom condutor, e um grande número de elétrons livres permite que a corrente passe sem problemas. A condutividade do carbono varia de alótropo para alótropo. Grafite tem certa condutividade, mas seu mecanismo de condução é baseado no movimento de elétrons livres entre as camadas, o que é diferente do metal. O diamante quase não conduz eletricidade, o que contrasta fortemente com a boa condutividade elétrica dos metais.

Ductilidade

O metal tem excelente ductilidade e pode ser processado em vários formatos. Entretanto, a textura do carbono geralmente é frágil, seja de diamante ou grafite, e é difícil processá-lo em folhas finas ou filamentos como o metal por meio de força externa. Além disso, é fácil quebrar quando submetido a estresse, o que mostra novamente a diferença essencial entre o carbono e o metal em termos de propriedades físicas.

Atividade química

O metal é geralmente mais ativo, fácil de reagir com oxigênio, ácido e outras substâncias. As propriedades químicas do carbono são relativamente estáveis à temperatura ambiente, e sua reatividade química é obviamente diferente. Embora sob determinadas condições, como alta temperatura, ele possa apresentar certas atividades químicas, como inflamabilidade e redutibilidade. As condições e as formas de reação são muito diferentes das reações químicas do metal.

Comparação das propriedades químicas do carbono com as dos metais

À temperatura ambiente, o carbono tem alta estabilidade, a estrutura atômica determina que não é fácil ganhar ou perder elétrons. E não é fácil reagir com muitas substâncias. Por outro lado, muitos metais são fáceis de reagir com o oxigênio e a umidade do ar em temperatura ambiente.

O carbono apresenta inflamabilidade quando a temperatura aumenta. Quando o oxigênio é suficiente, ele é completamente queimado para produzir dióxido de carbono. Quando o oxigênio é insuficiente, a combustão incompleta produz monóxido de carbono. Essa inflamabilidade é diferente da reação de combustão dos metais, que geralmente são violentamente oxidados com oxigênio para formar óxidos metálicos.

Em altas temperaturas, o carbono tem uma capacidade de redução significativa e pode ser amplamente utilizado para extrair metais no setor metalúrgico. Por exemplo, o carbono reage com o óxido de cobre para produzir cobre e dióxido de carbono. Os metais geralmente perdem elétrons em reações químicas, mas há diferenças nas condições e nos processos entre suas reações de redução.

Áreas de aplicação do carbono e diferenças em relação às aplicações de metal

Carbono

Suas aplicações são amplas e exclusivas. No campo da ciência dos materiais, seu alótropo desempenha um papel importante. O diamante, devido à sua alta dureza, é usado na fabricação de ferramentas de corte e equipamentos de perfuração. O grafite é usado na fabricação de eletrodosO grafeno é usado em materiais eletrônicos, escovas e lubrificantes devido à sua boa condutividade e lubricidade. Com suas excelentes propriedades, o grafeno tem grande potencial em dispositivos eletrônicos, sensores, materiais compostos e outros campos.

No campo das ciências da vida, o carbono é o elemento básico da vida. Todos os compostos orgânicos o contêm, desde carboidratos simples até proteínas complexas, ácidos nucleicos e outras macromoléculas biológicas, e ele é fundamental para as atividades vitais.

Metal

Sua aplicação está concentrada principalmente na fabricação industrial, construção, eletrônica e outros campos. Na fabricação industrial, é o principal material para a fabricação de máquinas e equipamentos, automóveis, navios, etc. E suas características de alta resistência e boa condutividade elétrica e térmica são indispensáveis. Na construção, pode ser usado para construir pontes e edifícios altos, proporcionando suporte estrutural e estabilidade. No campo da eletrônica, pode ser usado para fabricar componentes eletrônicos e placas de circuito. E garante a operação normal de dispositivos eletrônicos.

Conclusão

Por meio da análise comparativa abrangente do carbono e do metal, desde a estrutura atômica, propriedades físicas, propriedades químicas até os campos de aplicação, podemos deixar claro que o carbono não é um metal, o carbono é um não metal. Embora tanto o carbono quanto os metais desempenhem papéis importantes em seus respectivos campos, eles diferem significativamente em todos os níveis. Com o desenvolvimento contínuo da ciência e da tecnologia, nossa compreensão e aplicação do carbono e dos metais continuarão a se aprofundar. E eles continuarão a contribuir para o progresso da sociedade humana em diferentes campos.