Ciências da Natureza e
Suas Tecnologias
Química
Prof. Carlos James
nº
O QUE É GRAFENO? (NOBEL 2010)
26
Material promissor para diversas aplicações práticas é alótropo do carbono
A Academia Real Sueca de Ciências escolheu como
vencedores do Prêmio Nobel de Física 2010 dois cientistas
nascidos na Rússia e que trabalham na Universidade de
Manchester, Inglaterra. Andre Geim e Konstantin Novoselov
foram escolhidos pelo sucesso obtido na produção, isolamento,
identificação e caracterização do grafeno.
Essa variedade alotrópica do carbono é constituída de
uma monocamada de átomos do elemento ligados em
arranjo hexagonal. De fato, o grafeno nada mais é do que
uma das inúmeras camadas que constituem a grafite. Um
cristal de grafite com 1 mm de espessura consiste de três
milhões de camadas de grafeno sobrepostas, unidas por
interações intermoleculares. Embora filmes com a espessura
de 100 camadas tivessem sido isolados anteriormente,
acreditava-se que uma única camada não poderia ser produzida
ou isolada.
No artigo de 2004 na revista Science, Geim e Novoselov
revelaram que tal camada podia ser isolada em quantidade
suficiente para verificar suas propriedades e que era estável.
Em uma das etapas do trabalho, eles utilizaram fita adesiva
para remover camadas de grafeno de cristais de grafite.
Segundo comunicado da Academia, o grafeno é “o primeiro
material cristalino verdadeiramente bidimensional e é
representativo de toda uma classe de materiais 2D que inclui,
por exemplo, monocamadas de nitreto de boro (BN) e de
dissulfeto de molibdênio (MoS2), ambos produzidos após
2004”.
Camadas de 70 cm de largura de grafeno já foram
obtidas. O material apresenta propriedades interessantes:
é praticamente transparente; deixa passar 97,7% da luz visível;
é mais resistente que uma amostra de aço de mesma dimensão
e estica até 20% sem romper.
Uma rede hipotética de 1 m2 do material teria apenas 0,77
mg e, estendida, suportaria um objeto de 4 kg (o comunicado da
Academia foi ilustrado com uma rede de dormir feita de grafeno,
com um gato sobre ela). O grafeno conduz calor e corrente
elétrica melhor que o cobre, o que pode ser atribuído aos
elétrons deslocalizados – o alótropo pode ser encarado como
constituído de muitos anéis benzênicos condensados, nos quais
há ressonância.
“
De fato,
o grafeno
nada mais é
do que uma
das inúmeras
camadas que
constituem a
grafite.
”
Ciências da Natureza e Suas Tecnologias
B) As propriedades físicas do buckminsterfullerene com
certeza são diferentes das do diamante e da grafita.
C)O buckminsterfullerene é constituído do mesmo
elemento químico que a grafita e o diamante.
D)A energia envolvida numa reação específica feita com
duas ou mais formas alotrópicas diferentes (como
grafita e diamante) é exatamente a mesma.
E) A queima de certa massa de buckminsterfullerene
pode liberar uma energia maior ou menor que a
queima da mesma massa de grafita ou diamante.
O novo material tem aplicações promissoras.
É um condutor transparente, flexível e mecanicamente
resistente, que poderia ser usado em telas ultrafinas, flexíveis
e sensíveis ao toque para tevê, computadores, celulares e
livros digitais. Transistores de grafeno seriam mais rápidos
que os de silício (um protótipo já foi construído) e chips
com maior capacidade de processamento poderiam ser
fabricados.
É a segunda vez que a produção e a caracterização de
um novo alótropo do carbono rendeu o Nobel. Em 1996,
o prêmio de Química foi conferido a três cientistas pela
descoberta e pelo estudo dos fulerenos.
Andre Geim já ocupou as manchetes por uma “honraria”
menos digna de orgulho. Em 2000, foi agraciado com o
Ig Nobel (para “pesquisas que fazem as pessoas rirem e,
então, pensarem”) por ter levitado um sapo empregando
campos magnéticos intensos. Geim é o primeiro indivíduo a
conquistar ambos os prêmios.
EXERCÍCIOS
01.Por meio de métodos experimentais, foram medidas
as distâncias médias entre os átomos de carbono em
suas variedades alotrópicas, e os resultados obtidos
foram:
Diamante 0,178 · 10–9 m
Grafite
0,226 · 10–9 m
Fulereno 0,207 · 10–9 m
MULHER FAZ DIAMANTE DE CINZA DO MARIDO
Pedra é a primeira que chega ao Brasil
A aposentada Leroy Gaspar da Silva, de 73 anos, de
Curitiba (PR), carrega desde ontem um diamante de 0,25
quilate – 4,1 milímetros de diâmetro – feito com as cinzas
do marido, o militar da reserva Jorge Gaspar da Silva,
falecido em 1994. Esse é o primeiro diamante que chega
ao Brasil produzido com cinzas de uma pessoa, segundo
a sócia-diretora do crematório Vaticano, Mylena Cooper.
A técnica
Com base nessa informação e sabendo que: massa
molar do carbono = 12 g/mol; 1 quilate = 200 mg,
podemos afirmar.
I. A ordem decrescente das densidades dessas
variedades alotrópicas é: diamante > fulereno >
grafite;
II. Um cristal de diamante e um cristal de grafite de
mesmo volume têm igual número de átomos de
carbono;
III.Um diamante de 6 quilates contém 0,1 mol de
átomos de carbono.
Produzir diamantes com a cristalização do carbono
é uma técnica desenvolvida há mais de 50 anos nos
Estados Unidos. Mas, quando são usadas cinzas
humanas, é necessário um método especial – o potássio
e o cálcio (cerca de 85% do volume da cinza) são
extraídos por um processo físico-químico. O carbono
resultante é submetido a sessões de altíssima pressão e
a temperaturas de até 1.500 °C – imitando o que ocorre
na crosta terrestre –, transformando-se em grafita.
Depois é introduzido um pequeno cristal e, em volta
dele, novos cristais começam a se formar. O tamanho
do diamante depende do tempo de crescimento.
O Estado de S. Paulo, 10/07/2009.
Estão corretas as afirmações:
A)I, II e III.
B) I e II, somente.
C)I e III, somente.
D)II e III, somente.
E) II, somente.
02.Há alguns anos, foi confirmada a existência de
uma nova variedade alotrópica do carbono,
além da grafita e do diamante, denominada
buckminsterfullerene (ou simplesmente buckball),
em
homenagem
ao
arquiteto
americano
Buckminster Fuller, criador da estrutura geodésica.
Sobre esse assunto, é incorreto afirmar.
A)Se a grafita e o diamante reagem com o oxigênio,
formando gás carbônico, podemos prever que o
buckminsterfullerene também irá reagir com o
oxigênio, formando gás carbônico.
2
03.
Baseando-se no texto e em seus conhecimentos,
analise as afirmações.
I. Na técnica de produção de diamante apresentada,
ocorrem fenômenos físicos e químicos;
II. Pode-se concluir que o diamante apresenta
maior conteúdo energético (kJ/g) que a grafita;
III.O diamante e a grafita são constituídos por
átomos de um mesmo elemento químico;
IV.O diamante e a grafita são substâncias simples
formadas por átomos de número atômico
diferente;
V. Alotropia é a propriedade de um mesmo
elemento químico de formar mais de uma
substância simples; Conclui-se, então, que o
diamante e a grafita são variedades ou formas
alotrópicas do elemento carbono.
FB NO ENEM
Ciências da Natureza e Suas Tecnologias
São corretas somente:
Anotações
A)I, II e III
B) III, IV e V
C)I, III e V
D)I, II, III e IV
E) I, II, III e V
04.Considere que sejam feitas as seguintes afirmações
a respeito das formas cristalinas do carbono.
I. São formas polimórficas do carbono: diamante,
grafite, grafeno e fulerenos;
ll. O monocristal de grafite é bom condutor de
corrente elétrica em uma direção, mas não o é
na direção perpendicular à mesma;
III.O diamante é uma forma polimórfica metaestável
do carbono nas condições normais de temperatura
e pressão;
IV. No grafite, as ligações químicas entre os átomos
de carbono são tetraédricas.
Então, das afirmações acima, está(ão) correta(s):
A)apenas I, ll e III.
B) apenas l e III.
C)apenas II e IV.
D)apenas IV.
E) todas.
05.O grafeno é uma forma alotrópica de carbono,
assim como o diamante, a grafita e o fulereno.
Os cientistas Konstantin Novoselov e Andre Geim
foram agraciados com o prêmio Nobel, em 2010,
pelos estudos revolucionários com o grafeno. Este é
praticamente transparente e um ótimo condutor de
calor, o que o torna muito útil para a produção de
telas táteis e painéis luminosos. A alternativa que
resume corretamente a principal diferença entre as
formas alotrópicas de carbono é:
A)a maneira como os átomos de carbono ficam
organizados nas moléculas, ou seja, o rearranjo de
átomos.
B) a estereoisomeria.
C)o tipo de Iigação química existente entre os átomos
de carbono.
D)o tipo de hibridação existente entre os átomos de
carbono.
GABARITO (V. 25)
1
2
3
4
5
B
E
D
C
A
Professor Colaborador: Haroldo Filho
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