Quais são os alótropos do carbono?
O carbono, devido às suas propriedades únicas de ligação química, possui os alótropos mais estáveis de qualquer elemento. Alguns alótropos de carbono, como grafite e diamante, ocorrem naturalmente; outros, como nanotubos, devem ser fabricados em laboratório. A abundância e versatilidade do carbono o tornam um dos materiais mais estudados na pesquisa em nanotecnologia, e seus alótropos têm uma ampla gama de propriedades úteis, como alta resistência à tração e altos pontos de fusão.
O carbono amorfo e a grafite são os dois alótropos mais comuns e compõem a maioria dos compostos naturais de carbono, como carvão e fuligem. O carbono amorfo não possui estrutura cristalina específica, como a maioria dos vidros. Os átomos de carbono na grafite são organizados em camadas; cada camada tem ligações fortes mantendo-a unida, mas as camadas não se ligam fortemente e podem ser facilmente esfregadas umas nas outras. A grafite pirolítica pura, onde todas as camadas estão dispostas no mesmo plano, é um material extremamente forte e resistente ao calor, usado em ambientes de alta tensão e alta temperatura. A grafite conduz eletricidade e pode ser usada como moderadora de reatores nucleares.
O diamante, o outro alótropo natural do carbono, possui uma estrutura cristalina rígida e interligada. O diamante é uma das substâncias mais difíceis conhecidas e é usado na indústria para moer e cortar materiais. A transparência e a durabilidade do diamante o tornam altamente valorizado como uma pedra preciosa, e o negócio de jóias transformou a mineração de diamantes em uma indústria multibilionária. O diamante pode ser fabricado sinteticamente a partir de outros alótropos, mas requer temperaturas e pressões extremamente altas para se formar.
Outros alótropos mais exóticos incluem bolas de bucky, nanotubos e nanofibra de carbono. Estes ocorrem naturalmente na fuligem e foram encontrados em pelo menos uma nebulosa planetária, embora também possam ser criados sinteticamente. Buckyballs são redes fechadas, em forma de bola, de átomos de carbono, que formam pentágonos e hexágonos entrelaçados. Os nanotubos de carbono compartilham a mesma estrutura que a grafite, mas, em vez de ter uma pilha de camadas, um nanotubo se envolve e se liga, formando um cilindro longo. Os nanotubos de carbono têm resistência à tração muito alta, tornando-os atraentes como novos materiais de construção, embora não sejam tão fortes sob compressão.