As Aplicações industriais da Família do Carbono

Aplicações industriais da Família do Carbono

Família do Carbono (Grupo 14)

O grupo 14 é composto pelos elementos carbono, silício, germânio, estanho e chumbo. O carbono e o silício são não metais e também os membros mais leves do grupo, o germânio é um metaloide e o estanho e o chumbo são metais. O aumento do caráter metálico ao descer o grupo está diretamente relacionado ao aumento do raio iônico e a diminuição da energia de ionização. Uma propriedade comum dos membros do grupo, exceto o chumbo, é ter pelo menos uma fase sólida com a estrutura do diamante. Devido a essas e outras propriedades, os elementos dessa família são largamente utilizados em escala industrial, como veremos abaixo.

Carbono

Carbono é encontrado na natureza em três variedades alotrópicas: amorfo, grafite e diamante. Em decorrência disso, o carbono é um dos elementos com mais aplicações industriais, como na geração de energia, no tratamento de água, em sistemas de solda, em máquinas de corte para materiais com alto grau de dureza, em discos de proteção para sistemas pressurizados estáticos ou dinâmicos, na obtenção de metais a partir de seus minérios e na produção de armas de fogo.

Na forma de carvão, o carbono é utilizado como combustível para a geração de energia em usinas termoelétricas, uma tecnologia desenvolvida e economicamente competitiva. Além disso, ele também é usado na geração de calor para processos de produção como secagem de produtos e fabricação de vidro.

O carbono na forma de diamante é utilizado como ferramenta de corte em diversos setores da indústria devido a sua alta dureza. Na indústria automobilística ele é utilizado no polimento de discos de freios ou dos cilindros dos motores, e no corte de peças muito duras e que precisam de um melhor acabamento. Na indústria petrolífera, o diamante é utilizado na ponta da broca de perfuração de poços, por ser o material que sofre menos desgaste no processo.

Já o carvão ativado é utilizado em processos de remoção de determinadas substâncias de um fluído. Na indústria alimentícia, ele é aplicado na purificação e clarificação de alimentos e bebidas. Nas usinas de tratamento de água, o carvão ativado é usado na purificação da água para fins potáveis e industriais.

Silício

O silício é um sólido duro de estrutura cristalina parecida com a do diamante, o que justifica o seu nome, que significa “pedra dura”. Além disso, possui cor cinza e brilho metálico. Quando está combinado com o oxigênio, ele forma a sílica, e quando está combinado com o oxigênio e outros elementos, ele forma silicatos.

Na forma de silicato, é amplamente utilizado na indústria da construção civil na fabricação de telhas e tanques de amianto, já que essa fibra possui alta resistência mecânica a altas temperaturas, é flexível e isolante e resistente ao ataque de ácidos. Entretanto, alguns países proibiram o seu uso pois os micro fiapos do amianto podem ser absorvidos pelos pulmões e causar diversas doenças.

O silício possui poucos elétrons livres, o que o caracteriza como um semicondutor. A combinação de semicondutores possibilita a produção de chips e circuitos eletrônicos. Uma região situada na Califórnia recebeu o nome de “Vale do Silício” por concentrar um polo industrial formado por empresas de tecnologia de informação e computação.

A sílica é a matéria-prima principal para fazer vidro e, a partir dela, obtém-se o silicone, um polímero estável, de alta resistência ao calor e atóxico. Devido a essas características, é utilizado na produção de cosméticos, equipamentos cirúrgicos, próteses mamarias, brinquedos etc.

Germânio

O germânio é um sólido duro, de brilho intenso e coloração branco acinzentada. Ele é dificilmente encontrado na natureza sob forma elementar, somente como minérios complexos, na forma de germanita por exemplo.

Este metaloide pode ser usado na fabricação de lâmpadas fluorescentes com o fosforo, detectores de radiação, lentes infravermelhas detectoras de calor de uso industrial e militar.

Devido às propriedades semicondutoras do germânio, os primeiros transistores (componente eletrônico que amplifica sinais elétricos) e diodo (componente eletrônico detector de sinais elétricos) eram feitos do elemento, entretanto, com o tempo, passou-se a dar preferência ao silício.

O germânio é também utilizado na indústria metalúrgica em ligas de berílio com o intuito de aumentar a ductilidade e em ligas com o cobre para aumentar a resistência química. Além disso, é um importante constituinte de vidros industriais com elevada transmissão de infravermelhos e índice de refração.

Estanho

O estanho é um sólido resistente à corrosão, encontrado na natureza na forma de oxido, com coloração