Por que o grafite conduz a corrente elétrica e o diamante não?
O grafite conduz eletricidade em razão do arranjo espacial de seus átomos
O diamante e o grafite são variedades alotrópicas naturais do elemento químico carbono. Porém, esses dois materiais possuem características e propriedades distintas, conforme se pode ver na tabela a seguir:
Observe que uma das diferenças mais destacadas entre o grafite e o diamante é o fato de o grafite conduzir corrente elétrica – e até ser usado como eletrodo em algumas reações de oxirredução, como em eletrólises – e o diamante não. Já no que diz respeito à condução térmica, ocorre o contrário.
Como eles podem ser tão diferentes se ambos são feitos somente de carbono? E o que explica o fato de o grafite conduzir corrente elétrica e o diamante não, sendo que ele conduz calor?
A resposta está no tipo de ligação existente entre os carbonos e no arranjo cristalino dos átomos no espaço.
No caso do grafite, os átomos de carbono formam anéis hexagonais contidos num mesmo espaço plano, formando lâminas que se mantêm juntas por forças de atração mútua. Essas lâminas se sobrepõem umas às outras, permitindo uma espécie de deslizamento ou deslocamento dos planos. Isso explica por que o grafite possui pouca dureza, pois essa propriedade facilita o desgaste do sólido. Em virtude dessa propriedade, o grafite é usado como lubrificante em engrenagens e rolamentos. Veja a seguir a sua estrutura:
Observe os anéis hexagonais formados. Neles está a resposta de por que o grafite conduz eletricidade: nos anéis hexagonais existem duplas ligações, ou ligações pi (π), conjugadas, que permitem a migração dos elétrons. Além disso, os carbonos assumem uma hibridização sp2 (plana), formando, como já dito, folhas superpostas como "colmeias", isto é, que estão paralelas; e ligações em planos diferentes, que são mais fracas, permitindo a movimentação de elétrons entre os planos, ou seja, ocorre a transferência da eletricidade.
Já no caso do diamante, cada átomo de carbono está ligado a outros quatro átomos desse mesmo elemento químico, não contidos em um mesmo plano:
Observe que o diamante não possui ligações duplas, mas os seus carbonos possuem hibridização sp3 (tetraédrica), portanto seus cristais são arranjos desses tetraedros, cuja conformação atômica dificulta o trânsito dos elétrons de modo linear e, portanto, torna o diamante um mau condutor de eletricidade.
Outro ponto é que, visto que o diamante tem uma estrutura com poucas falhas e muito bem "amarrada", por assim dizer, ele conduz a energia cinética – expressa pelo calor – com uma velocidade muito alta; por isso, ele é um bom condutor térmico e mau condutor elétrico.
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