Classificação do carbono

As classificações do carbono são uma maneira de entender melhor suas diferentes formas e comportamentos, uma vez que ele é o elemento químico central na Química Orgânica, devido à sua habilidade de formar uma variedade quase infinita de compostos. E isso ocorre graças a sua capacidade de formar até quatro ligações covalentes com outros átomos, permitindo a criação de estruturas complexas e variadas, como cadeias lineares, ramificadas e anéis. Portanto, classificá-lo, seja em relação à sua posição em uma cadeia carbônica ou à sua forma alotrópica, é fundamental para entender as propriedades e a reatividade dos compostos que ele forma. Assim sendo, o carbono pode ser classificado quanto à quantidade de ligações químicas, quanto às ligações entre átomos de carbono em uma cadeia carbônica e quanto ao tipo de ligação.

Leia também: Carbono — detalhes sobre esse importante elemento químico

Resumo sobre a classificação do carbono

• As classificações do carbono são uma maneira de entender melhor as diferentes formas e os diferentes comportamentos desse elemento químico.
• O carbono pode ser classificado quanto à quantidade de ligações químicas, quanto às ligações entre átomos de carbono em uma cadeia carbônica e quanto ao tipo de ligação.
• O carbono é classificado como um não metal e possui a capacidade de formar quatro ligações covalentes.
• Pode ser classificado como primário, secundário, terciário e quaternário.
• Pode ser classificado como saturado na ligação simples ou como insaturado na ligação dupla ou na ligação tripla.
• As cadeias de carbono podem ser classificadas como abertas (acíclicas), fechadas (cíclicas) ou aromáticas, normais ou ramificada, saturadas ou insaturadas, homogêneas ou heterogêneas.
• Os principais tipos alotrópicos do carbono são diamante, grafite, grafeno e fulerenos, cada um com propriedades físicas e químicas distintas.
• O carbono pode formar ligações simples, duplas ou triplas, permitindo uma grande variedade de estruturas, como cadeias lineares, ramificadas, anéis e estruturas tridimensionais.
• A versatilidade do carbono é fundamental para a formação de compostos orgânicos e para a Química Orgânica em geral.

Como o carbono é classificado?

As classificações do carbono são uma maneira de entender melhor as diferentes formas e os diferentes comportamentos desse elemento químico. Diante disso, o carbono pode ser classificado de diferentes formas, a depender da ótica de análise, podendo ser classificado quanto à quantidade de ligações químicas, quanto às ligações entre átomos de carbono em uma cadeia carbônica e quanto ao tipo de ligação.

→ Classificação do carbono quanto à quantidade de ligações químicas

Uma forma de classificar o carbono se refere à quantidade de ligações químicas que ele pode realizar para alcançar o octeto de elétrons e se tornar quimicamente estável. Nesse contexto, ele se destaca como tetravalente, isto é, faz quatro ligações covalentes, conforme é ilustrado a seguir:

→ Classificação do carbono quanto às ligações entre átomos de carbono em uma cadeia carbônica

Outra maneira de classificá-lo é em relação às ligações entre átomos de carbono em uma cadeia carbônica. Nesse caso, ele é classificado de acordo com a quantidade de ligações que faz com carbonos vizinhos:

• 1º - Carbono primário (P): ligado a apenas um outro átomo de carbono.
• 2º - Carbono secundário (S): ligado a dois átomos de carbono.
• 3º - Carbono terciário (T): ligado a três átomos de carbono.
• 4º - Carbono quaternário (Q): ligado a quatro átomos de carbono.

Por exemplo, no 3,3,5-trimetil-heptano temos 5 carbonos primários, 3 secundários, 1 terciário e 1 quaternário, conforme é mostrado abaixo:

Importante: Sua classificação se limita ao carbono quaternário, já que não é possível para ele realizar cinco ou mais ligações.

→ Classificação do carbono quanto ao tipo de ligação

De acordo com o tipo de ligação, ele pode ser classificado em carbono saturado ou insaturado, conforme dispõe o seguinte quadro:

Dessa forma, quando estamos diante de uma dupla ou tripla ligação na cadeia carbônica, dizemos que temos uma insaturação e, portanto, aqueles carbonos participantes são insaturados. Por outro lado, quando eles formarem apenas ligações simples entre si, temos uma saturação, logo os carbonos são saturados.

Veja também: Química Orgânica — detalhes sobre a área da Química diretamente ligada aos compostos formados por carbono

Classificação do carbono na tabela periódica

Primeiro, é importante entender que na tabela periódica o carbono ocupa uma posição intermediária entre os metais e os ametais, conforme é mostrado na imagem abaixo:

Posto isso, em vista de suas propriedades químicas como eletronegatividade e reatividade, o carbono é classificado como um ametal, porquanto tende a formar compostos covalentes, já que não cede elétrons como os metais, mas sim os compartilha, e pode formar ligações com outros ametais, como hidrogênio, oxigênio e nitrogênio.

Acesse também: Qual é a família do carbono?

Quais são os tipos de carbono?

 Os tipos de carbono são resultados de um fenômeno conhecido como alotropia, que se refere às diferentes formas estruturais em que um elemento pode existir. No caso do carbono, pode existir resultando em materiais com propriedades físicas e químicas distintas devido à organização diferente dos átomos em suas estruturas, sendo os principais tipos:

• Diamante: possui uma estrutura cristalina em que cada átomo de carbono está ligado a outros quatro átomos de carbono em uma rede tridimensional, tornando-o extremamente duro e transparente.
• Grafite: apresenta uma estrutura em camadas, onde os átomos de carbono estão organizados em planos hexagonais que deslizam facilmente uns sobre os outros, o que confere ao grafite sua característica lubrificante e condutividade elétrica.
• Grafeno: consiste em uma única camada de átomos de carbono organizados em um arranjo hexagonal, sendo extremamente forte, flexível e um excelente condutor de eletricidade e calor.
• Fulerenos: formam moléculas esféricas ou elipsoidais compostas por átomos de carbono, como o buckminsterfulereno (C60), que possui estrutura semelhante a uma bola de futebol.

Para saber mais detalhes sobre a alotropia do carbono, clique aqui.

Classificação das cadeias de carbono

As cadeias de carbono, presentes em compostos orgânicos, podem ser classificadas de acordo com diferentes critérios, como o fechamento da cadeia, a disposição dos átomos, o tipo de ligação e a presença de outros elementos. Nesse sentido, veja a seguir um pouco mais sobre cada uma delas.

→ Classificação das cadeias de carbono quanto à disposição da cadeia

• Cadeia aberta (ou acíclica): não forma anéis e pode ser normal (sem ramificações) ou ramificada.
  • Exemplo 1: cadeia aberta normal – há somente carbonos primários e secundários.

• • Exemplo 2: cadeia aberta ramificada – sempre que houver carbonos terciários ou quaternários.

• Cadeia fechada (ou cíclica): forma anéis de átomos de carbono e pode conter ramificações.
  • Exemplo 1: cadeia fechada não ramificada:

• • Exemplo 2: cadeia fechada ramificada:

• Cadeia aromática: possui ao menos um anel aromático.
  • Exemplo 1:

• • Exemplo 2:

→ Classificação das cadeias de carbono quanto aos tipos de ligação

• Cadeia saturada: possui apenas ligações simples entre os átomos de carbono.
  • Exemplo:

• Cadeia insaturada: apresenta uma ou mais ligações duplas ou triplas entre os átomos de carbono.
  • Exemplo 1:

• • Exemplo 2:

→ Classificação das cadeias de carbono quanto à presença de heteroátomo

• Cadeia homogênea: não possui átomos diferentes de carbono intercalados na cadeia principal.
  • Exemplo: CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃ ou

• Cadeia heterogênea: contém átomos de outros elementos, como oxigênio ou nitrogênio, intercalados entre os átomos de carbono.
  • Exemplo: CH₃-CH₂-O-CH₂-CH₃ ou

Estrutura do carbono

A estrutura do carbono é composta por 6 prótons, 6 nêutrons, que juntos formam o núcleo, e em sua forma neutra, também 6 elétrons distribuídos em duas camadas eletrônicas, a primeira com 2 elétrons e a segunda com 4 elétrons (configuração eletrônica: 1s² 2s² 2p²). Estes últimos são os elétrons responsáveis por sua tetravalência, ou seja, é o que determina sua capacidade de formar quatro ligações covalentes. Em vista disso, confira a seguir uma ilustração dessa estrutura:

Vale ressaltar que pode haver uma variação no número de nêutrons entre diferentes átomos de carbono. Quando isso acontece, temos o que chamamos de isótopos, elementos de mesmo número atômico mas com diferentes números de massa. Nesse sentido, os isótopos de carbono mais conhecidos são o carbono-12, carbono-13 e carbono-14. Diante disso, analise a ilustração abaixo e veja como a quantidade de nêutrons diferem de um núcleo para outro.

Exercícios resolvidos sobre classificação do carbono

Questão 1

(PUC) A estrutura química de uma substância orgânica é representada a seguir:

A cadeia carbônica dessa substância se classifica como

A) normal e heterogênea.

B) normal e insaturada.

C) saturada e heterogênea.

D) saturada e ramificada.

E) ramificada e insaturada.

Resolução:

Alternativa E.

Perceba que há carbonos terciários na molécula apresentada, logo há ramificações. Também é possível verificar a presença de duplas ligações, isto é, insaturações. Além disso, não há heteroátomos na cadeia, portanto ela é homogênea. Por fim, podemos confirmar o nosso gabarito por meio da imagem abaixo com as ramificações e insaturações sinalizadas.

Questão 2

(UCPel) O composto orgânico de fórmula plana, abaixo, possui

A) 4 carbonos primários, 1 carbono secundário, 2 carbonos terciários e 1 carbono quaternário

B) 4 carbonos primários, 2 carbonos secundários, 1 carbono terciário e 1 carbono quaternário

C) 3 carbonos primários, 3 carbonos secundários, 1 carbono terciário e 1 carbono quaternário

D) 5 carbonos primários, 1 carbono secundário, 1 carbono terciário e 1 carbono quaternário

E) 3 carbonos primários, 2 carbonos secundários, 1 carbono terciário e 2 carbonos quaternários

Resolução:

Alternativa D.

Para facilitar a identificação, foram marcadas na imagem abaixo as seguintes iniciais:

P – primário; S – secundário; T – terciário; Q – quaternário

A quantidade de cada carbono é exatamente o que dispõe o gabarito:

5 carbonos primários, 1 carbono secundário, 1 carbono terciário e 1 carbono quaternário.

Fontes

FELTRE, R. Características do átomo de carbono. In: Química - V.3 - Química Orgânica. 6. ed. São Paulo: Moderna, 2004. p. 13–20.

BROWN, T. L. et al. Carbono. In: Química: A Ciência Central. 13. ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil., 2016. p. 1020–1021.

REIS, M. Classificação de cadeias carbônicas. In: Química 3. 1. ed. São Paulo: Editora Ática, 2013. v. 1p. 21–22.