FULERENOS: FORMA ALOTRÓPICA DO CARBONO

Até 1985, somente a grafite, o diamante e o carvão eram conhecidos como formas alotrópicas do carbono (alotropia é o fenômeno que ocorre quando um elemento químico forma duas ou mais substâncias simples diferentes). No entanto, em setembro deste mesmo ano, um grupo de cientistas liderados por H. W. Kroto e R. E. Smalley lançaram laser em grafite a mais de 104 °C e verificaram em espectrometria de massa que o produto continha uma série de moléculas com número de átomos de carbono de 44 a 90. A concentração de moléculas variava, mas a de 60 carbonos era a de maior destaque. Este experimento mostrou a descoberta da nova forma alotrópica do carbono. Graças a este experimento, em 1996 Kroto, Smalley e Curl ganharam o prêmio Nobel de química.Em 1990, Wofgang Kratschmer, Nonal Huffman e outros, descreveram a primeira síntese e o isolamento do C60.
Este novo grupo de compostos, os fulerenos, é um grupo de compostos aromáticos.A denominação fulereno é uma homenagem ao arquiteto R. Buckminster Fuller que construiu e popularizou as cúpulas geodésicas, que usam o mesmo princípio na aparência.
Os fulerenos são moléculas estruturadas na forma de “gaiolas”, ou seja, elas têm a forma fechada em si. Os fulerenos são constituídos por uma rede formada por pentágonos e hexágonos, fechando assim a "esfera". Cada carbono de um fulereno está hibridizado em sp² e forma ligações sigma (ligação simples) com três outros átomos de carbono, restando um elétron de cada carbono, que fica deslocalizado num sistema de orbitais moleculares que atribui à molécula o caráter aromático.
Os fulerenos possuem quantidades diferentes de átomos de carbono, podendo ser formados por 20, 60, 70, 100, 180, 240 e até 540 átomos de carbono. É comumente falado do C60 e também do C70, pois estes foram os primeiros a serem descobertos e também são os mais comuns, mas os outros também têm importância na classe dos fulerenos.
Os fulerenos como dito anteriormente, são estruturados na forma de "gaiolas", ou esferas ocas, que são formadas por anéis de 5 e 6 átomos de carbono, sendo estas estruturas bastante estáveis, sendo possível encontrá-las na natureza, como mais uma forma alotrópica do carbono.
Estes compostos possuem a capacidade de "aprisionar" átomos ou moléculas de gases em seus interiores. Um exemplo é o aprisionamento do hélio e do argônio no interior de um tipo de fulereno, que foi encontrado, sendo que os gases guardavam todas as características dos isótopos presentes.
Para uma molécula "entrar" dentro da estrutura dos fulerenos é necessário que ela possua uma determinada quantidade de energia, pois ela tem que romper a resistência provocada pelos elétrons livres da estrutura. Quando estas moléculas estão no interior da estrutura, elas não conseguem mais sair.
Quando ocorre a penetração de átomos de metais no interior dos fulerenos, ocorre então a formação de sais, os chamados, bucketos, que possuem faces metálicas.
Os fulerenos purificados têm uma grande atratividade no que se refere à cor. O C60, por exemplo, é um sólido com cor de mostarda e quando dissolvido em solução de hidrocarbonetos aromáticos, como o benzeno, a solução possui uma coloração magenta, avermelhada. Já o C70 possui uma coloração marrom avermelhada e em solução tem a cor vermelho vinho. O C76, C78 e C84 são amarelos.
Atualmente muitos compostos de fulerenos são conhecidos e estudados, tais como os bucketos citados acima e os fulerois, C60(OH)n (n=24-26), entre outros compostos.

Conceitos Fundamentais da Química

Matéria: tudo que ocupa lugar no espaço e possui massa. (madeira)
Corpo: porção definida da matéria. (tronco)
Objeto: corpo feito pelo homem com o intuito de se utilizá-lo para algum fim. (banco de madeira)

É possível perceber que a matéria pode existir em três estados físicos diferentes, o sólido, o líquido e o gasoso. É também possível verificar que alguns corpos podem mudar de estado físico, ou seja, deixar de ser sólido e passar para líquido e do líquido passar para o estado gasoso. Um exemplo disso é a água, que pode existir no estado sólido (como gelo), no estado líquido (como água), ou no estado gasoso (como vapor). Sendo assim, estas transformações recebem nomes, tais como:

- fusão para a passagem do sólido para o líquido;

- solidificação para a passagem do estado líquido para o sólido;

- vaporização para a passagem do estado líquido para o gasoso. No entanto, a vaporização pode ser subdividida em:

- ebulição, que é induzida, ou seja, quando se fornece energia a um líquido para ele se transformar no estado gasoso. Exemplo: ferver água em uma panela.

- evaporação, que é a passagem do estado líquido para o gasoso de forma espontânea, ou seja, quando você não induz esta transformação. Um exemplo é uma roupa secando no varal, ou uma poça d’água que evapora pela ação do Sol.

- calefação, que é a passagem do líquido para o gasoso de forma instantânea, ou seja, é uma passagem muito rápida. Um exemplo é quando jogamos gotas d’água em uma panela quente, o que ocorre naquele momento é a calefação.

- Condensação ou Liquefação para a passagem do estado gasoso para o líquido. Exemplo é a formação de gotículas na parte de fora de um copo com água gelada. Neste fenômeno o que se observa é que o ar (que contém vapor d’água) próximo da superfície do copo se resfria e o vapor d’água torna-se água líquida na superfície externa do copo. (As gotículas)

- Sublimação para a passagem direta do estado sólido para o gasoso e do gasoso para o sólido. Um exemplo de sublimação é a passagem da naftalina (que é sólida) para o estado gasoso, diretamente sem que passe pelo estado líquido. A naftalina é utilizada para espantar baratas e traças de gavetas e armários. Ela possui um odor característico.

A partir disso, pode-se desenvolver um esquema para facilitar o seu entendimento.

Estas transformações podem, também ser representadas graficamente. Nesta representação, aborda a temperatura de fusão e a temperatura de ebulição, pois se parte de um sólido e induz ele a passar pelos três estados físicos da matéria, para tal, basta fornecer energia a ele.

Tanto na temperatura de fusão e na temperatura de ebulição, a temperatura permanece constante, ou seja, existem duas fases presentes e a temperatura é constante. Isso para substâncias puras.

Temperatura de fusão: temperatura constante na qual coexistem os estados sólido e líquido em equilíbrio. A temperatura será constante até que existam as duas fases.

Temperatura de ebulição: temperatura constante na qual coexistem os estados líquido e gasoso em equilíbrio. A temperatura será constante até que existam as duas fases.

Nos intervalos entre fusão e ebulição, a temperatura aumenta com o decorrer do tempo e o líquido vai aquecendo até que ele comece a ferver, aí teremos início a ebulição.

A partir deste gráfico também é possível verificar a temperatura de condensação e a temperatura de solidificação que são as mesmas que a temperatura de ebulição e temperatura de fusão, respectivamente.

Quando uma mistura sofre fusão e ebulição a uma temperatura constante, ou seja, a transformação inicia e termina a uma mesma temperatura, temos uma substância pura, ou substância.

Quando uma amostra sofre fusão e/ou ebulição e a temperatura varia no momento da fusão ou da ebulição, temos uma mistura. Esta mistura pode ser azeotrópica quando a variação é na temperatura de fusão, ou a mistura pode ser eutética quando a variação de temperatura é na temperatura de ebulição.

Misturas Azeotrópicas

São misturas que têm a temperatura de fusão variante, ou melhor.

Um exemplo de mistura azeotrópica é o álcool comercial, que ainda é vendido nos supermercados. Ele é uma mistura de 92,8% de álcool e 7,2% de água. (álcool Minalcool)

Misturas Eutéticas

São misturas que tem variação na temperatura de ebulição, ou melhor a ebulição ocorre em uma faixa de temperatura e não mais em uma temperatura constante.

Um exemplo de mistura eutética é a mistura de gelo e sal de cozinha, que sofre fusão à temperatura constante, mas a ebulição ocorre em uma faixa de temperatura.

OBS: Com isso pode-se perceber que temperatura de fusão e de ebulição servem para identificar se uma amostra é uma substância pura ou se ela é uma mistura.

• 
  
  Imagine duas bolinhas de tamanhos iguais, ou seja, de volumes iguais, mas sendo uma delas feita de isopor e a outra de ferro.
  Agora, imagine um balde cheio de água. Pronto, temos tudo que queremos para entender o termo densidade, para tal, imagine que a bolinha de ferro foi colocada no balde de água.
  O que aconteceu?
  A bolinha afundou, ou seja, foi para o fundo do balde. Agora, imagine que foi colocado a bolinha de isopor no mesmo balde.
  O que aconteceu?
  A bolinha flutuou, ou seja, o que se pode concluir disso?
  As bolinhas tinham o mesmo volume, mas o peso delas eram iguais? Com certeza não. A bolinha de ferro era mais pesada, mas o que é peso?
  
  Peso é a denominação para a força de atração que a Terra exerce sobre todo corpo que possui massa.
  
  Então, se um corpo é mais pesado ele possui, necessariamente mais massa do que o mais leve.

Assim temos: d = m / v,

onde m é a massa do corpo; v é o volume que ele ocupa e d é a sua densidade.

Ou seja, densidade é uma relação entre a massa de um corpo e o volume que ele ocupa.
Então quanto mais massa um corpo tiver, para um volume tal, a sua densidade maior será. Da mesma forma é possível verificar que para uma determinada massa, quanto maior for o volume que o corpo ocupar, menor será a sua densidade. Isso é observado pela relação matemática d = m/ v, onde m aumenta, então d também aumenta, pois são diretamente proporcionais. E quando v aumenta, d diminui, pois são inversamente proporcionais.
A partir disso pode-se concluir que a bolinha de ferro é mais densa que a bolinha de isopor, pois a de ferro tem mais massa em um volume determinado, do que a de isopor. Mas qual o motivo da bolinha de ferro ter afundado na água e a de isopor não? A resposta é que a bolinha de ferro é mais densa que a água, sendo assim ela afunda, mas a bolinha de isopor é menos densa que a água, logo, ela fica por cima. Desta forma podemos concluir que quando um corpo é mais denso que o outro, ele tende a ir para a região inferior.
Um outro exemplo é a mistura de água e óleo. Qual fica por cima, a água ou o óleo?
Qual, então é mais denso, a água, ou o óleo?

Misturas Homogêneas e Heterogêneas

Misturas homogêneas: apresenta aspecto visual uniforme em toda sua extensão e possui apenas uma fase.

Misturas heterogêneas: apresenta aspecto visual descontínuo, ou seja, possui mais de uma fase.

Fase: cada parte do sistema que apresenta aspecto visual homogêneo (uniforme).

O desenho (1) apresenta apenas uma fase e também uma substância, a água. Então o sistema é homogêneo.
O desenho (2) apresenta apenas uma fase, mas possui duas substâncias, a água e o sal. Este sistema é homogêneo. (só tem uma fase)
O desenho (3) é um sistema heterogêneo, pois possui duas fases visivelmente identificadas. Possui também duas substâncias, a água e o óleo.
O desenho (4) possui três fases, a água, o óleo e a areia e possui também três substâncias. O sistema é heterogêneo.
O desenho (5) possui apenas uma fase, mas possui várias substâncias, entre elas o O2, N2, CO2 (principais constituintes do ar atmosférico).
No desenho (6) existem duas fases, a água e o gelo, mas possui apenas uma substância, a água. O que ocorre é que a água se encontra em dois estados físicos, o sólido e o líquido.

As misturas podem ser líquidas, sólidas e gasosas.

Misturas líquidas :
Homogêneas: ex.: água potável.
Heterogêneas: ex.: água e óleo.

Misturas gasosas são sempre homogêneas. Ex.: ar (composto por O2, N2, CO2, etc).

Misturas sólidas podem ser :

Homogêneas: ex.: ligas metálicas: ouro de aliança 18 quilates, que é composto por 75% de ouro e 25% de cobre ou prata.

Heterogêneas: apresentam duas ou mais fases. O número de fases é igual ao número de componentes da mistura. Ex.: mistura de arroz, feijão e macarrão é um sistema de três fases e três componentes.