O pentadiamante

As formas alotrópicas do carbono são bastante conhecidas, historicamente as mais conhecidas são a grafite usada em lápis e o diamante. Mas recentemente foram descobertas as estruturas do fulerenos e grafeno. No momento, o grafeno vem ganhando a cada dia mais e mais aplicações.

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Especificamente, no caso do diamante, os átomos de carbono formam ligações com um número máximo de outros átomos: quatro. É a hibridação do carbono é sp3.  Além disso, o diamante é formado em condições de extrema pressão e temperatura. A sua estrutura é tridimensional com uma solidez inigualável.

Estruturas de átomos do pentadiamante (esquerda) e de um diamante (direita). Diferentemente do diamante simples, o novo pentadiamante (à esquerda) possui átomos de carbono de duas hibridizações diferentes: alguns estão ligados a três outros átomos (em preto) e outros, como o diamante, a quatro átomos (Em branco). Crédito: Universidade de Tsukuba.

Em princípio, a solidez do diamante é única e que não seria possível obter outra forma alotrópica do carbono com dureza comparável. Esse pensamento não é uma unanimidade entre os pesquisados. Pelos menos os pesquisadores da da Universidade de Tsukuba, no Japão, que queriam explorar a possibilidade de integrar átomos de carbono de diferentes hibridizações em uma estrutura já existente, como a de um diamante, tornando-a mais complexa.

Em seu estudo, publicado na revista Physical Review Letters, a equipe do professor Yasumaru Fujii usou a modelagem por computador para propor um rearranjo de átomos de carbono em um material totalmente novo, que eles chamaram de pentadiamante.

O pentadiamante proposto pelos pesquisadores japoneses tem uma estrutura composta de sp3 átomos de carbono de hibridação, como um diamante clássico, mas também sp2 carbonos de hibridação, como as que compõem grafite. Alótropos de carbono com átomos hibridados sp2 e sp3 apresentam maior diversidade morfológica, devido ao grande número de combinações e arranjos possíveis de suas malhas.

Este material ainda não foi sintetizado, mas suas propriedades teóricas são inigualáveis. Por exemplo, testes na estrutura, calculando o módulo de Young do material, permitiram estabelecer uma solidez teórica equivalente a 1.700 giga-pascal (ou GPa, unidade de pressão emitida no material para testar sua elasticidade). O pentadiamante é, portanto, mais sólido do que qualquer forma alotrópica de carbono, incluindo diamante (que teoricamente exibe um módulo de Young de cerca de 1.200 GPa). Além disso, devido à sua estrutura inovadora, o pentadiamante mantém uma densidade próxima (2,26 gramas por centímetro cúbico, ou g/cm3) ao do grafite (média de 2,23 g/cm3). O próximo passo na vida deste novo material será sua síntese.

As aplicações do pentadiamante seriam imensas, além dos usos para os ambientes de corte e perfuração industrial, os diamantes de penteado poderiam tomar o lugar células de bigorna de diamante, usadas em pesquisas científicas para recriar a pressão extrema dos corações dos planetas

Fonte: Sciences Avenir