A QUÍMICA DA BOLA
por prof. antonio carlos pavão
A QUÍMICA DA BOLA
A descoberta de uma bola, formada pela ligação de 60 átomos
de carbono, garantiu o prêmio Nobel de Química de 1996 para Harold
Kroto, Robert Curl e Richard Smalley. Esta bola foi considerada “a mais
bela molécula”, uma “perfeita simetria” e inaugurou uma nova química
das formas elementares do carbono, os fulerenos, onde os átomos estão
dispostos formando uma rede esférica fechada. O interessante é que, nesse
aglomerado de 60 átomos de carbono [C60], as ligações dos átomos formam
um arranjo idêntico ao da bola de futebol utilizada nos diversos estádios pelo
mundo. Mesmo os craques às vezes não percebem, mas nessa bola existem
12 superfícies pentagonais (cinco ângulos) costuradas a 20 superfícies
hexagonais (seis ângulos). Colocando átomos de carbono nos vértices dos
pentágonos, forma-se exatamente um aglomerado de 60 átomos (12 vezes
5). Então a bola de futebol, assim como a cúpula geodésica da exposição
mundial de Montreal em 1967, desenhada pelo arquiteto Richard Bucky
Fuller (daí veio o nome fulereno), serviram de modelo para a identificação
dessa nova forma elementar do carbono capaz de gerar supercondutores,
catalisadores, sensores e outros materiais de grande utilidade.
Os fulerenos podem ser encontrados em atmosferas de estrelas
ricas em carbono, no gás interestelar, na vaporização do carbono
e, em pequeníssimas concentrações, até mesmo na fumaça de cigarro.
Entretanto, a preparação de fulerenos pode ser feita pela irradiação
de uma superfície de grafite com um laser potente. Os fragmentos de
grafite ejetados da superfície, devidamente recolhidos por uma corrente
de gás hélio, irão conter quantidades significativas de fulerenos.
E por que a bola é redonda? Costurando apenas os hexágonos, ela jamais
seria redonda. Ao contrário, ligando hexágonos forma-se uma rede plana,
algo parecido com as redes usadas no gol. É necessário incluir os pentágonos
para arredondar a superfície.
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BRASIL um país um mundo
Molécula de fulereno, formada pela ligação
de 60 átomos de carbono.
Recorte pentágonos e hexágonos (use papelão, plástico, madeira etc.).
Agora tente “ladrilhar um piso” com os hexágonos. Depois tente com
os pentágonos. Por que a superfície fica fechada com os hexágonos mas
com os pentágonos ficam buracos? O que acontece se unirmos
os pentágonos pelas suas arestas?
Um dos três pesquisadores laureados com o Nobel, Sir Harold Kroto,
da Universidade de Sussex, Inglaterra, agora procura pentágonos em
todas as superfícies curvas que vê. Numa palestra na UFPE, quando visitou
o Brasil, em julho de 1993, ele mostrou uma foto da Catedral de Brasília
onde se destacavam aquelas figuras. A busca de pentágonos é um bom
campo para descobertas. Eles existem no casco de tartarugas, em
fragmentos arqueológicos de carapaça de tatus gigantes e em diversas
outras superfícies arredondadas.
Descubra você também onde ocorrem outros pentágonos
e registre no site da exposição. Pesquise em toda superfície
arredondada que aparecer.
Comparando as diversas formas de carbono elementar, verificamos
que a estrutura microscópica determina o comportamento macroscópico.
Dependendo do arranjo dos átomos, formam-se materiais com diferentes
propriedades. É a relação entre essência e aparência. Não ocorrem
pentágonos na estrutura do grafite ou do diamante, as outras duas formas
mais conhecidas de carbono elementar. No grafite, os átomos estão ligados
em arranjos hexagonais e sua estrutura é formada apenas por inúmeros
planos paralelos. Por isso o grafite pode ser usado como lubrificante, já que
esses planos podem deslizar uns sobre os outros. No diamante o arranjo
é tetraédrico e as ligações ocorrem em todas as direções, tornando-o um
cristal duro e ótimo isolante.
Todos os aglomerados de carbono que formam os fulerenos (C60,C70,C120
etc.) têm estruturas fechadas, parecendo gaiolas. Na verdade, isso segue
a Lei de Euler, uma proposição matemática que afirma que é possível
construir um poliedro com 12 pentágonos e nenhum (o dodecaedro),
ou mais de um, hexágono.
A QUÍMICA DA BOLA
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Use o teorema de Euler: V + F = A + 2 e prove esta afirmativa.
Coloque sua resposta no site da Exposição.
A estrutura de gaiola dos fulerenos sugere que se possa aprisionar outros
átomos dentro dela, uma nova e promissora possibilidade de manipulação
para a Química. Assim foram preparados diversos fulerenos dopados com
metais. O C60 dopado com potássio, por exemplo, é um supercondutor
a temperaturas abaixo de 18 graus na escala Kelvin (-255 ºC).
Visite o site da Sociedade Brasileira de Química – http://quid.sbq.org.
br/palavras/carbono_e_fulereno_a.html – e aprenda mais sobre fulerenos
e a química do carbono.
Portanto, em tempos de Copa do Mundo, é bom lembrar que
o futebol, “ganha-pão da imprensa”* e às vezes utilizado como instrumento
de alienação e patriotismo, também pode ser fonte de profundos
conhecimentos científicos.
* Curta a música “Caixinha, obrigado” de Juca Chaves:
http://www.ouvirmusica.com.br/juca-chaves/319509/#maisacessadas/319509
Aprenda mais:
http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc05/elemento.pdf
http://quid.sbq.org.br/palavras/carbono_e_fulereno_a.html
http://www.somatematica.com.br/biograf/euler.php
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http://www.brasilescola.com/matematica/relacao-euler.htm
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