O fenômeno da alotropia dá-se quando substâncias simples diferentes são formadas pelo mesmo elemento químico, por exemplo diamante e grafita, ambas formadas apenas por átomos de carbono, que diferem na forma das ligações dos átomos. O diamante e a grafita são sólidos reticulares, sendo formados por diversas camadas de elementos unidos por ligações covalentes fortes, fazendo desses sólidos materiais rígidos, com pontos de ebulição e fusão elevados.
A grafita é encontrada na natureza na forma de um mineral cinza, opaca, de brilho metálico (cabe lembrar, carbono é um ametal), bom condutor de calor e energia. O Brasil é um grande produtor de grafita e tem aplicações industriais, como a produção de aço, uma liga metálica formada por ferro e carbono. A grafita é formada por diversas camadas planas de carbonos em hibridização sp2, formando hexágonos, tendo entre essas camadas ligações fracas, permitindo o deslizamento de camadas, fenômeno observado no grafite dos lápis.
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| Mineral grafita - foto retirada por Guilherme Brinker |
O diamante é formado por átomos de carbono em hibridização sp3, ou seja, há apenas ligações simples em sua estrutura, sendo a substância mais dura e o melhor condutor de calor. Na natureza o diamante é encontrado incrustado em uma rocha denominada Quimberlita, rocha que cresce em colunas desde o centro da Terra. Em 2013 foi encontrado esse tipo de rocha na Antártida, levando os cientistas a acreditar na existência de diamantes na região.
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| Estrutura dos alótropos do carbono - foto retirada de http://educacaoeaqui.blogspot.com.br/ |
Em 1985 os químicos descobriram uma terceira estrutura alotrópica do carbono, o fulereno, também chamada de buckminsterfullerno, em homenagem ao arquiteto R. Buckminster Fuller, cujos domos são semelhantes ao fulereno. O fulereno é formado por 60 carbonos em forma esférica, semelhante a uma bola de futebol antiga, tendo os seus carbonos hibridização sp2, igual a grafita. Por ser uma descoberta relativamente recente, sua utilização ainda é limitada, tendo muitas linhas de pesquisa na área de ciências dos materiais e de sua atividade antimicrobiana e antioxidante.
A engenharia de materiais possui um novo objeto de estudo: no final de 2015, descobriu-se na North California State University, uma nova forma alotrópica do carbono, o Q-carbono. O Q-carbono foi produzido artificialmente e possui dureza maior do que o diamante, tendo uso potencial em brocas para extração de petróleo, por exemplo.
Outras substâncias de carbono para serem pesquisadas: nanotubos, fuligem e carvão ativado.
Referências:
ATKINS, Peter; JONES, Loretta. Princípios de Química - Questionando a vida
moderna e o meio. 5ª edição. Bookman;
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