A física e a química do C60

Abstract

Com a descoberta dos fullerenos e sobretudo, com a capacidade de sintetizá-los em grandes quantidades, nasce uma nova forma alotrópica do carbono cuja unidade estrutural mais abundante é a molécula de C60. A extrema estabilidade desta molécula é explicada pela elevada simetria da sua estrutura em forma de um icosaedro truncado. No estudo das propriedades físicas e químicas de substâncias elementares constituídas pelo mesmo elemento o exemplo do diamante e da grafite é já, tradicionalmente, utilizado e referenciado. É, sem dúvida, surpreendente e interpelativo o facto destes dois alótropos possuírem propriedades físicas tão contraditórias: a dureza, o brilho e a transparência do diamante contrapõem-se à moleza, à cor negra e à opacidade da grafite. A chegada da terceira forma alotrópica do carbono suscita uma enorme curiosidade em torno das propriedades dos cristais moleculares de C60 e da molécula em si, levando a uma inevitavelmente comparação com as propriedades e estrutura elementar dos outros alótropos do elemento carbono. O estudo desenvolvido teve como principal objectivo verificar se a substancia elementar C60 é passível de ser estudada em níveis de escolaridade não universitários. Neste sentido, desenvolveu-se um estudo teórico sobre as propriedades físicas e químicas que os cristais de C60 manifestam, nomeadamente, a sua supercondutividade e a reactividade química, as quais são realçadas pela importância das suas possíveis aplicações. Foi também realizado um estudo empírico comparativo das propriedades físicas dos cristais e de filmes de cada uma das três substâncias elementares de carbono, tendo sido utilizadas as instalações e o equipamento do Departamento de Física da Universidade de Aveiro, no ano lectivo 2000/2001. Os resultados obtidos permitiram concluir que é possível verificar nos níveis de ensino Básico e Secundário, as diferentes características que uma substância elementar pode assumir, nomeadamente, a morfologia e orientação dos cristais. O Estudo tem como primeiros destinatários professores de Física e Química (ensinos Básicos e Secundário) e considera-se que este estudo pode servir de base de trabalho para aqueles que pretendam fornecer aos seus alunos, como actividade de enriquecimento científico, e por isso mesmo cultural, noções fundamentais e actuais da Física e da Química.

With the discovery of fullerens and mainly, with the capacity of producing them in big quantities, a new allotropic form of carbon is born, in which the mostly abundant structural unit is the C60 molecule. The high stability of this molecule can be explained by the symmetry of its structure with the shape of a truncated icosahedron. In the study of physical and chemical properties of elementary substances formed by the same element, diamond and graphite are the most referred and traditionally given examples. The fact that these two allotropes have such contradictory physical properties: the hardness, the brightress and the transparency of diamond as oppose to the softness, to the black colour and to the opacity of graphite is undoubtedly amazing and interpellant. The arrival of the third allotropic form of carbon arises enormous curiosity around the properties of C60 molecular crystals and abount the molecule itself, leading to an inevitable comparison with the properties and elementary structure of other allotropes of the carbon element. The main aim of this study was to check if the elementary substance C60 can be studied in different nonuniversity school levels. Therefore, a theoretical study on the physical and chemical properties that C60 crystals presents, particularly its superconductivity and chemical reactivity which are highlighted by the importance of its possible applications, was conducted. Also an empirical study took place to compare the physical properties of crystals and films of each of the three elementary substances of carbon. This was done with the use of equipment from the Physics Department at the University of Aveiro, during the school year of 2000/2001. The results obtained lead to the conclusion that, it is possible in Elementary and Secondary school levels, to check the different characteristics which an elementary substance may assume, mainly the morphology and the orientation of the crystals. The study was oriented to Elementary and Secondary Physics and Chemistry School teachers, and it is believed that this study may be a basis of work for those who want to give their students fundamental and up-to-date notions of Physics and Chemistry, as an activity of scientific, and therefore, cultural enrichment.