Química - Alótropos do carbono
Júlio Cesar de Carvalho
Alótropos do carbono
Objetivos
1) Mostrar aos alunos o que é alotropia, usando um exemplo atual.
2) Ilustrar ainda que a pesquisa fundamental freqüentemente tem desdobramentos tecnológicos interessantes.
3) Desenvolver a capacidade do aluno de "visualizar" modelos de moléculas, o que ajuda no estudo de outros tópicos como mudanças de estado, interações entre moléculas e reações químicas.
Ponto de partida
Os alunos devem estar familiarizados com o conceito de substância química e elemento, bem como de propriedades da matéria como densidade e dureza. Esse tema pode ser trabalhado com iniciantes (após a conceituação de substâncias e elementos), ou com alunos mais avançados (após os temas ligação química ou hibridação). Ambas as possibilidades serão discutidas a seguir.
Estratégias
- Geral:
1) Você pode trabalhar com o professor de matemática e com os alunos, a partir de um texto Conheça a relação entre a geometria aplicada e química, do UOL Vestibular, que liga a idéia de buckybolas à de geometria, ou o texto Alótropos do carbono, Educação.
2) Revise com os alunos o que é substância simples e composta. A partir daí, comente que um mesmo elemento químico pode formar diferentes substâncias simples - são as formas alotrópicas. Os exemplos tradicionais:
| Elemento | Alguns alótropos | Observações |
| Carbono | Carbono amorfo, grafite, diamante, buckybolas e nanotubos | Os dois primeiros podem ser mostrados; o diamante é conhecido e as buckybolas servem para modelos interessantes. |
| Oxigênio | Oxigênio (do ar) e ozônio | São gases. Mas o cheiro de ozônio é percebido quando há descargas elétricas, por exemplo após um curto-circuito. |
| Fósforo | Fósforo branco, P4, fósforo vermelho (P4)n, fósforo negro (Pn) | O fósforo branco é tóxico e instável ao ar. |
| Enxofre | Rômbico, monoclínico, plástico | Podem ser preparados em laboratório, a partir da fusão e resfriamento adequado do enxofre. |
3) Comente com os alunos que a descoberta das buckybolas foi feita através de experimentos em que se pretendia simular a formação de moléculas orgânicas em nebulosas no espaço. O resultado foi a obtenção de uma família de moléculas de forma arredondada - da qual o mais famoso, C60, é apenas um dos representantes. Isso foi em 1985.
4) Mais de vinte anos depois, sabe-se que há formação de buckybolas (em quantidades muito pequenas) em processos corriqueiros, como a queima de uma vela. É possível fazer modelos dessas moléculas, usando bolinhas de isopor e palitos de dente (e muita paciência). Uma outra possibilidade é fazer um modelo que mostra apenas as ligações, a partir da planificação que aparece em "sugestões e dicas".
5) Já os nanotubos são estruturas com comprimento bem maior que a largura, feitas também de carbono. Uma forma de pensar neles é imaginar uma tela metálica que foi enrolada.
6) Após essas descrições de moléculas, peça aos alunos para, por um minuto, imaginarem pelo menos um uso para cada tipo de alótropo, baseado na sua estrutura. Há muita pesquisa recente com o objetivo de criar novos usos para os novos alótropos, além de que há cada vez mais técnicas para fabricar filmes de diamante - camadas protetivas muito finas, mas muito resistentes para peças e circuitos.
Sugestões e dicas
Alunos iniciantes:
- Alunos mais avançados:
- Mesmo que você opte por pedir aos alunos que pesquisem sobre os alótropos depois, não deixe de ler sobre as estruturas e usos: alunos empolgados (e imaginativos) vão precisar de um bom direcionamento em aula.
- Alunos curiosos (e pacientes) podem montar uma buckybola a partir de uma planificação como esta, transferida para papel ou cartão (figura abaixo). Basta cortar, dobrar e colar...
No item 6, naturalmente, muitos alunos já conhecerão usos para os alótropos. No entanto, esse momento é importante porque é quando o aluno pára de "receber" informações passivamente e é forçado a raciocinar; nesse momento, interessantes sugestões e justificativas poderão aparecer.
O trabalho com outros alótropos também é interessante, embora não haja tantas utilidades para a maioria. Se houver laboratório na escola, diferentes formas de enxofre podem ser produzidas.