How big is Átomo de carbono?

Um átomo de carbono tem seis elétrons ao redor de um núcleo com seis prótons e, geralmente, seis nêutrons. Medido da mesma forma que o átomo de hidrogênio do explorador — pelo dobro da distância em que os elétrons mais externos do carbono têm mais chance de ser encontrados —, o átomo de carbono tem cerca de 0,13 nanômetros de largura, ou 130 picômetros. Um nanômetro é um bilionésimo de um metro, e um picômetro é um milésimo de um nanômetro.

Tamanho

Um átomo não tem forma ou tamanho rígidos, então há várias maneiras de defini-lo, e cada uma resulta em um número diferente. O valor usado aqui vem de cálculos de onde os elétrons têm mais chance de estar. Dois dos seis elétrons do carbono ficam perto do núcleo, e os outros quatro ficam mais afastados, como mostra a imagem do explorador. É mais provável que esses quatro elétrons externos estejam a cerca de 65 picômetros do núcleo, o que dá ao átomo uma largura de cerca de 130 picômetros.

Para átomos em moléculas, os químicos costumam usar outra medida. O raio covalente é metade da distância entre os centros de dois átomos ligados. Dois átomos de carbono unidos por uma ligação simples ficam, em média, a 154 picômetros um do outro, então, por essa medida, um átomo de carbono tem cerca de 150 picômetros de largura.

Já o raio de van der Waals mede a distância mínima a que dois átomos separados podem se aproximar antes de se repelirem. Por essa medida, um átomo de carbono tem cerca de 340 picômetros de largura.

Comparações de tamanho

Um átomo de carbono é cerca de 1,2 vezes mais largo que um átomo de hidrogênio, que tem 106 picômetros de largura pela mesma medida.
A dupla-hélice do DNA, com cerca de 2 nanômetros de largura, tem a largura de cerca de 15 átomos de carbono.
Cerca de 600.000–800.000 átomos de carbono, lado a lado, cobririam a largura de um fio de cabelo humano.
Se um átomo de carbono fosse ampliado ao tamanho de uma bola de basquete, com cerca de 24 centímetros de largura, um fio de cabelo humano teria cerca de 150–185 quilômetros de largura.

Como os átomos de carbono se unem

Átomos de carbono tendem a formar quatro ligações e podem se unir uns aos outros em cadeias de muitos comprimentos diferentes. Essa capacidade de formar cadeias de tantos tamanhos é o que torna o carbono essencial para a vida. Uma ligação dupla aproxima dois átomos de carbono mais do que uma ligação simples, a 134 picômetros de distância, e uma ligação tripla os aproxima ainda mais, a 120 picômetros.

O carbono puro existe em várias formas, incluindo diamante, grafite e grafeno. O diamante é duro o bastante para cortar rocha, enquanto o grafite é macio. O grafeno é uma folha de átomos de carbono com a espessura de um único átomo, ligados em um padrão de hexágonos parecido com uma tela de arame.

Vendo átomos de carbono individuais

Átomos de carbono individuais são pequenos demais para um microscópio óptico, mas já foram vistos com microscópios eletrônicos. Em 2008, pesquisadores do Lawrence Berkeley National Laboratory usaram o microscópio TEAM 0.5 para produzir imagens que mostravam cada átomo de carbono em uma folha de grafeno. Como o grafeno é frágil, eles usaram um feixe de elétrons mais suave, de energia mais baixa, que mesmo assim conseguiu distinguir detalhes separados por 1 angstrom (100 picômetros).

Pesando átomos

O carbono também define a escala usada para pesar átomos. Desde 1960, o carbono-12, a forma do carbono com seis nêutrons, é a referência para as massas atômicas. A unidade usada, o dalton, é definida como um doze avos da massa de um átomo de carbono-12. Cerca de 99% do carbono na Terra é carbono-12.