O grafite da Química não igual ao grafite da rua

Mineral de grafite

Quando se fala em grafite a primeira coisa que nos vem a mente são aquelas pinturas esquisitas existentes nos muros e prédios das grandes cidades. Esse grafite é um tipo de manifestação artística surgia em Nova York (Estados Unidos) na década de 1970. Esse grafite consiste em um movimento organizado nas artes plásticas, em que o artista cria uma linguagem intencional para interferir na cidade. Esses artistas aproveitam os espaços públicos para fazer uma crítica social. A tinta mais usada pelos grafiteiros é o spray em lata. O látex é aplicado sobre máscaras vazadas, para demarcar a região a ser pintada.

Nas escolas o grafite está nas mãos dos alunos na forma de lápis ou lapiseiras cujo uso não é tão novo. O lápis moderno apareceu no século XVI, depois da descoberta das primeiras jazidas de grafite na Inglaterra. No entanto, até hoje em inglês o lápis grafite é chamado de “lead pencil” que quer dizer lápis de chumbo, provavelmente por causa da influência da cultura greco-latina.

Em 1795, o químico francês Nicholas Jacques Conté desenvolveu e patenteou o processo moderno de produção de lápis, misturando grafite em pó com argila que, depois de moldados eram endurecidos em alta temperatura, o que possibilitou o desenvolvimento de diversos graus de dureza do grafite. As inovações que se seguiram estão mais ligadas à industrialização da produção de lápis com a introdução de tornos e maquinários que aumentariam drasticamente a velocidade da produção e melhorariam a exatidão da forma (tubular ou hexagonal) e o acabamento. Durante o século XIX e início do século XX, além do lápis grafite, os alunos usavam na escola lápis feitos de ardósia e de pedra-sabão bem macias para escrever em lousas de ardósia que tinham grau mais duro.

Quimicamente, grafite é um mineral cinza escuro, metálico e macio, que ocorre na natureza em forma de cristais hexagonais com estrutura em camadas. É também chamado de chumbo negro ou grafita – nomenclatura usada pelos cientistas. O grafite é o resultado de uma rede frouxa formada apenas por átomos de carbono, que lhe permite maleabilidade.

Estrutura do grafite
Estrutura do grafite

A grafite tem uma estrutura covalente gigante na qual:

  • Esse carbono cristalino tem uma estrutura plana e em camadas. Grafeno é o termo usado para denotar cada camada dele.
  • Cada camada possui átomos de carbono dispostos em uma rede semelhante a um favo de mel com a divisão de 0,142 nm com distância de 0,335 nm entre os planos.
  • Há uma ligação covalente para átomos no plano com os critérios sendo atendidos por apenas três dos quatro prováveis sítios de ligação.
  • O grafite seria eletricamente propício devido ao quarto elétron ter a chance de migrar para o plano.
  • As camadas do cristal de carbono podem mover-se rapidamente umas sobre as outras, pois as camadas podem ser separadas facilmente como ligações de van der Waals que são fracas as mantêm juntas.
  • O grafite possui alta condutividade térmica e elétrica e alta estabilidade térmica. Principalmente em temperaturas de 700 °C e acima, o carbono cristalino sofre oxidação para formar CO2.

Como os elétrons deslocalizados da estrutura química do grafite são livres para se mover, ele tem a capacidade de conduzi a eletricidade.

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Aplicação do grafite

  • Essa capacidade torna o grafite muito útil para ser usado como eletrodos em baterias e para eletrólise.
  • As camadas hexagonais do grafite podem deslizar umas sobre as outras porque as forças entre elas são fracas. Isso torna o grafite escorregadio, sendo muito usado como um lubrificante.
  • o grafite é geralmente consumido na fabricação de aço, lonas de freio, lubrificantes, revestimentos de fundição, baterias, para citar alguns.
  • O grafite é usado como refratários usados em aplicações para processamento de materiais em alta temperatura.

Como o grafite se diferencia do diamante?

Tanto o diamante quanto o grafite são feitos inteiramente de carbono. A forma como os átomos de carbono está disposta no espaço, no entanto, é diferente o que os torna alótropos de carbono. As propriedades diferentes do carbono e do diamante estão diretamente relacionadas a suas estruturas cristalinas distintas.

Em um diamante, os átomos de carbono estão dispostos na forma de tetraedros. Cada átomo de carbono está ligado a quatro outros átomos de carbono 1,544 x 10-10 metros de distância com um ângulo de ligação CCC de 109,5 graus. É uma estrutura tridimensional forte e rígida que resulta em uma rede infinita de átomos.

Isso é responsável pela dureza, resistência e durabilidade extraordinárias do diamante e dá ao diamante uma densidade mais alta do que a grafite (3,514 gramas por centímetro cúbico). Devido à sua estrutura tetraédrica, o diamante também apresenta uma grande resistência à compressão. A dureza de um cristal é medida em uma escala, concebida por Friederich Mohs, que classifica os compostos de acordo com sua capacidade de arranhar uns aos outros.

O diamante risca todos os outros materiais e é o material mais duro conhecido (designado como 10 na escala de Mohs). É o melhor condutor de calor que conhecemos, conduzindo até cinco vezes mais que o cobre. O diamante também conduz som, mas não eletricidade; além de ser um isolante.

Além disso, os diamantes dispersam a luz. Isso significa que os índices de refração da luz vermelha e violeta são diferentes (2,409 e 2,465, respectivamente). Como resultado, a gema atua como um prisma para separar a luz branca nas cores do arco-íris e sua dispersão é de 0,056 (a diferença). Quanto maior for a dispersão, melhor será o espectro de cores obtido. Esta propriedade dá origem ao “fogo” dos diamantes. O brilho dos diamantes resulta de uma combinação de refração, reflexão interna e dispersão de luz. Para a luz amarela, por exemplo, o diamante tem um alto índice de refração, 2,4 e um ângulo crítico baixo de 24,5 graus. Isso significa que quando a luz amarela passa por um diamante e atinge uma segunda face internamente em um ângulo maior que 24,5 graus,

Os átomos de carbono no grafite também estão organizados em uma matriz infinita, mas eles estão em camadas. Esses átomos têm dois tipos de interação entre si. No primeiro, cada átomo de carbono está ligado a três outros átomos de carbono e dispostos nos cantos de uma rede de hexágonos regulares com um ângulo de ligação CCC de 120 graus. Esses arranjos planos estendem-se em duas dimensões para formar um arranjo hexagonal horizontal em “arame de galinheiro”. Além disso, essas matrizes planas são mantidas juntas por forças mais fracas conhecidas como interações de empilhamento.

A distância entre duas camadas é maior (3,347 x 10-10 metros) do que a distância entre os átomos de carbono dentro de cada camada (1,418 x 10-10 metro). Essa estrutura tridimensional é responsável pelas propriedades físicas do grafite. Ao contrário do diamante, o grafite pode ser usado como lubrificante ou em lápis porque as camadas se quebram facilmente. É macio e escorregadio e sua dureza é inferior a um na escala de Mohs. O grafite também tem uma densidade menor (2,266 gramas por centímetro cúbico) do que o diamante. A estrutura plana do grafite permite que os elétrons se movam facilmente dentro dos planos. Isso permite que o grafite conduza eletricidade e calor, assim como absorva luz e, ao contrário do diamante, apareça na cor preta.

 

Fonte:

Mundo Educação

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BBC

Bytju´s

Scientific American

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