11.19 : Sólidos de Redes Covalentes

Sólidos de redes covalentes contêm uma rede tridimensional de átomos covalentemente ligados, conforme encontrados nas estruturas de cristais de não-metais como diamante, grafite, silício, e alguns compostos covalentes, tais como dióxido de silício (areia) e carboneto de silício (carborundum, o abrasivo em lixas). Muitos minerais têm redes de ligações covalentes.

Para quebrar ou derreter uma rede covalente sólida, ligações covalentes têm de ser quebradas. Como as ligações covalentes são relativamente fortes, os sólidos de redes covalentes são tipicamente caracterizados por dureza, força, e pontos de fusão elevados. Por exemplo, o diamante é uma das substâncias mais duras conhecidas e derrete acima de 3500 °C.

Diamante vs. Grafite

O carbono é um elemento essencial; o diamante e a grafite são os dois alótropos mais comuns do carbono. Os alótropos são formas estruturais diferentes do mesmo elemento. O diamante é uma das substâncias mais duras conhecidas, enquanto que a grafite é suficientemente macia para ser utilizada como uma ponta de lápis. Estas propriedades muito diferentes derivam dos diferentes arranjos dos átomos de carbono nos diferentes alótropos.

O diamante é extremamente duro por causa da ligação forte entre átomos de carbono em todas as direções. A grafite é composta por folhas planas de cristais covalentes que são mantidos juntos em camadas por forças não covalentes. Ao contrário dos sólidos covalentes típicos, a grafite é muito macia e eletricamente condutora. A grafite (na ponta de um lápis) fica no papel devido às atrações fracas entre as camadas de carbono.

Grafeno: Material do Futuro

Uma forma de carbono recentemente descoberta é o grafeno. O grafeno foi isolado pela primeira vez em 2004 usando fita adesiva para remover camadas cada vez mais finas de grafite. É essencialmente uma única folha (da espessura de um átomo) de grafite. O grafeno não é apenas forte e leve, mas é também um excelente condutor de eletricidade e calor. Estas propriedades podem revelar-se muito úteis em uma vasta gama de aplicações, tais como chips e circuitos de computador bastante melhorados, baterias e células solares melhores, e materiais estruturais mais fortes e mais leves. O Prémio Nobel de Física de 2010 foi concedido a Andre Geim e Konstantin Novoselov pelo seu trabalho pioneiro com grafeno.

Este texto foi adaptado de Openstax, Chemistry 2e, Section: 10.5 The Solid State of Matter.