El grafit del llapis amb el que dibuixem, el grafè (aquest material que diuen que revolucionarà el món) i el diamant dur i brillant estan formats, exclusivament, per àtoms del mateix element: el carboni (altre cop). En aquests tres materials els àtoms de carboni s'uneixen per mitjà d'enllaços covalents (compartint els electrons) però formant estructures geomètriques tan diferents que, per la seva aparença, costa imaginar que estiguin fets de la mateixa "peça" bàsica. Aquestes estructures en les que un mateix àtom pot formar enllaços que resulten en diversos materials s'anomenen al·lòtrops.
En el cas del grafit, els àtoms s'uneixen formant hexàgons en els quals cada àtom de carboni ocupa la posició d'un dels vèrtexs formant làmines en un entramat en forma de xarxa. Aquestes làmines s'uneixen entre sí mitjançant enllaços molt més dèbils deguts a interaccions electrostàtiques. Seria com una mena de "pasta de full" de carboni. Aquesta estructura atòmica és la que observem a gran escala en un mineral de grafit pur i és la responsable de l'ús que en fem per dibuixar, com a component dels carbonets de dibuix i de la mina dels llapis. Quan fem lliscar el grafit sobre el paper el que fem en realitat és trencar els enllaços dèbils entre les làmines, fent que es depositin sobre el paper.
En el cas del grafit, els àtoms s'uneixen formant hexàgons en els quals cada àtom de carboni ocupa la posició d'un dels vèrtexs formant làmines en un entramat en forma de xarxa. Aquestes làmines s'uneixen entre sí mitjançant enllaços molt més dèbils deguts a interaccions electrostàtiques. Seria com una mena de "pasta de full" de carboni. Aquesta estructura atòmica és la que observem a gran escala en un mineral de grafit pur i és la responsable de l'ús que en fem per dibuixar, com a component dels carbonets de dibuix i de la mina dels llapis. Quan fem lliscar el grafit sobre el paper el que fem en realitat és trencar els enllaços dèbils entre les làmines, fent que es depositin sobre el paper.
Estructura del grafit
En el cas de grafè, l'estructura és només laminar, sense unions entre les diferents làmines. Això es deu a la distribució dels enllaços de manera que un electró de cada àtom queda deslocalitzat i es disposa en un gran orbital que abarca tota la làmina de grafè. Les propietats d'aquest material es deuen, en gran part, a aquest enllaç deslocalitzat. És un material que permet introduir-hi impureses per canviar el seu comportament original i fer que, per exemple, repeli l'aigua. El grafè és extremadament dur, flexible, elàstic, amb una alta conductivitat elèctrica i tèrmica i molt lleuger. Tan lleuger que està format per fulles amb un gruix d'un àtom que pot suportar molts quilograms sense trencar-se. Un mil·límetre de grafit està format per tres milions de capes de grafè una sobre l'altra.
El grafè es coneix des dels anys 30 i, a finals del segle XIX, ja es parlava de formar filaments de carboni per descomposició tèrmica d'hidrocarburs gasosos. L'any 2004 Andre Geim i Konstantin Novoselov, de la Universitat de Manchester, van aïllar les primeres mostres de grafè a partir de grafit per un procés d'exfoliació mecànica. Gràcies a aquest descobriment, van rebre el Premi Nobel de Física de l'any 2010. Els transistors de grafè poden ser molt més ràpids que els de silici (els més utilitzats actualment) fet que possibilita la faricació d'ordinadors i smartphones més eficaços. Al ser transparent i bon conductor també té aplicacions en les pantalles d'aquests dipositius i en panells solars.
El grafè es coneix des dels anys 30 i, a finals del segle XIX, ja es parlava de formar filaments de carboni per descomposició tèrmica d'hidrocarburs gasosos. L'any 2004 Andre Geim i Konstantin Novoselov, de la Universitat de Manchester, van aïllar les primeres mostres de grafè a partir de grafit per un procés d'exfoliació mecànica. Gràcies a aquest descobriment, van rebre el Premi Nobel de Física de l'any 2010. Els transistors de grafè poden ser molt més ràpids que els de silici (els més utilitzats actualment) fet que possibilita la faricació d'ordinadors i smartphones més eficaços. Al ser transparent i bon conductor també té aplicacions en les pantalles d'aquests dipositius i en panells solars.
Grafè
En el diamant, els àtoms de carboni s'uneixen entre si formant una estructura cristalina. En aquest cas, cada àtom de carboni està unit a uns altres quatre àtoms de carboni situats a la mateixa distància formant els quatre vèrtexs d'un tetraedre. Aquesta disposició tridimensional es manté en tots els àtoms de carboni formant l'estructura cristalina. Aquesta estructura és la que dóna al diamant la duresa, la brillantor i la transparència que el caracteritzen. A diferència dels altres al·lòtrops, aquí tots els enllaços són covalents, no hi ha unions dèbils.
Diamants
De totes les formes naturals del carboni, la més estable termodinàmicament és el grafit. Com que la tendència sempre és a convertir-se en una forma de màxima estabilitat, l'evolució de diamant cap a grafit és un procés espontani. Tot i això, a temperatura i pressió ambient, és una transformació extremadament lenta ja que implica uns enllaços que estan molt fortament enllaçats i amb molt poca mobilitat, cosa que fa que puguin passar milers d'anys sense canvis apreciables. Aquest cop la cinètica química salva els joiers de les amenaces de la termodinàmica. A la nostra escala temporal encara podem afirmar allò de "un diamant és per sempre". Ara bé, si tinc a mà un llapis quan torni a sentir aquesta frase, me'l miraré amb uns altres ulls...
És brutal pensar que un diamant podria acabar convertit en un llapis (si encara es fessin servir) d'aquí uns milers d'anys. I que una làmina del grafit d'aquest llapis podria acabar formant part d'un telèfon intel·ligent. De totes formes, segur que, en el futur, la màgia del carboni encara ens aportarà més sorpreses...
És brutal pensar que un diamant podria acabar convertit en un llapis (si encara es fessin servir) d'aquí uns milers d'anys. I que una làmina del grafit d'aquest llapis podria acabar formant part d'un telèfon intel·ligent. De totes formes, segur que, en el futur, la màgia del carboni encara ens aportarà més sorpreses...
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada