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Alótropos de carbono - Diamante, grafite, fulerenos, negro de fumo etc.

Júlio César de Carvalho

O que o duro diamante, o macio grafite e os exóticos fulerenos e nanotubos apresentam em comum? São todos alótropos do carbono, isto é, substâncias simples diferentes, compostas por um único tipo de elemento. Veja a tabela a seguir:

Alótropo
Fórmula
Estrutura
Negro de fumoCn (estrutura aleatória, com predominância de carbono sp2)
GrafiteCn (folhas paralelas de anéis aromáticos unidos)
DiamanteCn (cristais com carbono sp3)
FulerenosC60 é o mais comum, mas existem dezenas de outras moléculas, como C20 e C70.
Nanotubos de carbonoCn, são tubos com estrutura semelhante às folhas de grafite.

Esses alótropos apresentam em comum uma outra coisa: têm uma infinidade de usos, graças às suas propriedades únicas. Vamos detalhar um pouco desses usos e propriedades:

Carbono amorfo é pigmento preto

O carbono amorfo é uma forma semelhante ao grafite, mas com muitos "defeitos", isto é, sem as extensas folhas que aparecem no grafite. Pode ser preparado de várias formas (e com diferentes graus de pureza), desde a captura de fuligem (o negro de fumo) até a carbonização de material vegetal ou animal, que leva a carvões ativados. Seus usos principais são como pigmento preto, em tintas, alimentos e outros materiais como pneus; e como material desodorizante e filtrante para água e gases, em máscaras.

Grafite tem escrita até no nome

O grafite é composto de extensas camadas de átomos de carbono, que formam folhas com anéis unidos - mais ou menos como uma tela. Essas "telas" de carbono deslizam facilmente umas sobre as outras, e ao escrever com um lápis de grafite o rastro deixado é feito dessas camadas, que vão se espalhando quando o lápis é atritado com o papel. O nome desse mineral vem, justamente, do grego "graphos" que significa escrita. Essa mesma propriedade "deslizante" do grafite permite que ele seja usado como lubrificante, especialmente em altas temperaturas - já que o material resiste a mais de 3000oC antes de começar a fundir. Pelo mesmo motivo e também por conduzir eletricidade com razoável facilidade, o grafite pode ser usado como eletrodo para fornos elétricos, onde conduz corrente elétrica suficiente para fundir metais.

Diamante não é para sempre

Diamantes são a substância natural mais dura que se conhece. São densos e transparentes, quando puros, com um alto índice de refração que espalha a luz com mais eficiência que um prisma de vidro (especialmente depois de habilmente lapidado). Devido à sua dureza, são tradicionalmente usados para cortar outros materiais, e mais recentemente têm sido fabricadas finas camadas de diamante para proteger superfícies muito especiais. Ainda por cima, são isolantes elétricos e excelentes condutores de calor. Mas diamantes não são para sempre, já que, sendo de carbono, podem queimar em chamas suficientemente quentes, em presença de O2.

Fulerenos são bolinhas de carbono

Os fulerenos são o único alótropo molecular do carbono, ou seja, não são formas com milhares de átomos aglomerados. São minúsculas bolinhas com números determinados de átomos de carbono. O C60 é o mais comum, mas existem dezenas de outras moléculas, como C20 e C70. Foram descobertos em 1985, quando cientistas investigavam os tipos de macromoléculas de carbono que poderiam se formar em nebulosas no espaço. Hoje se sabe que há traços de fulerenos em fuligens e em alguns minerais. Ainda não há aplicações comerciais, mas muitas aplicações potenciais.

Nanotubos são fruto da pesquisa com fulerenos

A pesquisa com fulerenos valeu o Nobel aos pesquisadores, em 1996. E animou o ramo dos alótropos de carbono: hoje há milhares de pesquisadores trabalhando com uma outra forma inusitada de carbono, os nanotubos. Imagine que uma daquelas conhecidas "folhas" de grafite é enrolada na forma de um tubo. Ora, um nanotubo é mais ou menos isso, podendo ser de parede simples, dupla ou múltipla, aberto ou fechado. Esses tubos são quase unidimensionais (possuem um comprimento muito, muito superior à largura) e há diversos protótipos de circuitos eletrônicos, dispositivos e materiais contendo nanotubos. Os prognósticos de produtos para a área médica são muito interessantes. Como se pode ver, o carbono, esse elemento tão conhecido da humanidade, ainda reserva muitas surpresas para o futuro.

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Júlio César de Carvalho é engenheiro químico e professor do curso de engenharia de bioprocessos e biotecnologia da Universidade Federal do Paraná (UFPR).

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