Como o diamante e o grafite podem ser tão diferentes
se ambos são compostos de carbono puro?
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| A ponta de um lápis e um diamante são do mesmo composto, o carbono |
Tanto o diamante quanto o grafite são feitos inteiramente de carbono, como o é também o Buckminsterfulereno (C60) descoberto mais recentemente (uma molécula em forma de bola de futebol contendo 60 átomos de carbono).
Outros minerais de carbono:
Chaoíte;
Grafite pirolítico;
Lonsdaleíta e
Putnisita.
Diamante e Grafite, principais diferenças
O que difere o diamante da grafite são a forma como os átomos de carbono estão dispostos no espaço, que é diferente para os dois materiais, tornando-os alótropos de carbono.
As propriedades diferentes do carbono e do diamante surgem de suas estruturas cristalinas distintas.
A principal diferença é a estrutura molecular
Diamante: estrutura covalente gigante, com cada carbono covalentemente ligado a outros quatro átomos de carbono em um arranjo tetraédrico para formar uma estrutura rígida.
Grafite: estrutura covalente gigante, com cada carbono covalentemente ligado a outros três átomos de carbono em um arranjo hexagonal.
Uma vez que diamante e grafite são formas cristalinas do mesmo elemento, pois os dois são feitos de carbono, seria de esperar que ambos fossem similares em muitos aspectos, mas como agora sabe sobre a principal, que é a sua estrutura molecular, agora vamos explicar que ambos também são muito diferentes e vamos numerar porque e quais são estas diferenças.
Diamante x Grafite
- O diamante é a substância de maior dureza conhecida pelo homem, enquanto a grafita possui baixa dureza.
- O diamante é um isolante elétrico; a grafita é um condutor de eletricidade.
- O diamante é o abrasivo mais eficiente; a grafita é um lubrificante muito bom.
- O diamante cristaliza-se no sistema isométrico (cúbico); a grafita cristaliza-se no sistema hexagonal.
Carbono no Diamante
Em um diamante, os átomos de carbono estão dispostos tetraedricamente.
Cada átomo de carbono está ligado a quatro outros átomos de carbono 1,544 x 10 -10metros 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; é 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.
Veja mais informações sobre diamantes em
Carbono na Grafite
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| Grafite mineral bruto, by Rob Lavinsky |
Os átomos de carbono na 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 -10metro). Essa estrutura tridimensional é responsável pelas propriedades físicas da 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, tenha a cor preta.
Características físicas da Grafita:
Brilho metálico, às vezes terroso.
Dureza 1 - 2.
Fratura porosa.
Cor preta.
Transparência opaco.
Sistema cristalino é hexagonal; 6/m 2/m 2/m.
Hábito cristalino, inclui grandes veios lamelares em certos terrenos, e grânulos em rochas metamórficas.
Densidade entre 2,09 – 2,23 g/cm3.
Clivagem é perfeita em uma direção.
Traço é cinza escuro ou castanho escuro.
Os melhores indicadores do campo são maciez, lustro, densidade e traço.
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| Mineral de grafita com tremolita, RS |
Os minerais associados incluem quartzo, calcita, micas, ferro e turmalinas.
A grafita em escamas é a mais rara, e, em alguns casos, a mais valiosa, sendo encontrada disseminada em rochas que experimentaram alto grau de metamorfismo.
Outras características: os flocos finos são flexíveis mas inelásticos; o mineral pode deixar marcas pretas nas mãos e papel; conduz eletricidade. Na grafita o efeito de superlubrificação também ocorre. É usado com lubrificante seco. (não se deve misturar pó de grafite ao óleo de motor de veículos).
Aplicações e usos
A grafite é utilizada em diversas aplicações na indústria, sendo as principais: tijolos e peças refratárias, cátodo de baterias alcalinas, aditivo na recarburação do ferro e do aço, lonas de freio, explosivos, fitas magnéticas, fertilizantes, lubrificantes sólidos ou à base de óleo e água, escovas de motores elétricos, minas de lápis e lapiseiras, gaxetas de vedação, empregada na fabricação de tintas para proteção de estruturas de ferro e de aço, etc..
Devido ao grande uso e aplicações, a grafite pode ser encontrada na sua forma natural ou sintética na indústria.
Toxicidade
A grafite é inerte, não é tóxica; ao entrar em contato com a pele e os olhos, deve ser lavada apenas com água e sabão.
O Brasil é o terceiro maior produtor de grafite mineral do mundo (sendo Minas Gerais o estado maior produtor) e o segundo maior em reservas deste mineral de onde também se obtém através de processos, a extração de um dos mais importantes materiais com diversas aplicações tecnológicas, o Grafeno.
Minas de Grafita em Minas Gerais:
Fontes:
