Objeto do mês
Durante séculos (até meados do séc. XVIII) diamante e grafite eram olhados como dois minerais sem qualquer relação. As propriedades da grafite são algo semelhantes às da antracite (um carvão), mas com temperaturas de combustão mais elevadas (1000-2000 C). O seu nome deriva do facto de servir para escrever, por ter uma baixíssima dureza (grau 1 na escala de Mohs), o que é sabido desde a mais remota antiguidade. Ainda hoje se usa grafite nas minas dos lápis.
Quanto ao diamante (a substância mais dura que se conhece, o nome significa “invencível”), foi Lavoisier quem primeiro conseguiu a sua combustão, no quadro das suas investigações acerca do flogisto. Sim, o diamante arde, ao contrário do que muitos pensam. Em ambos os casos (diamante e grafite) a combustão apenas produz CO2, em quantidades iguais, e não fica qualquer resíduo. Daqui se conclui que diamante e grafite diferem apenas na forma como os átomos se ligam uns aos outros.
O diamante continua a ser objeto de muita investigação, que tem demonstrado que a maioria dos diamantes são muito antigos, formados no manto terrestre a profundidades de 140-190 km, há milhares de milhões de anos. São transportados para a superfície da Terra em erupções vulcânicas raras, que geram rochas denominadas kimberlitos, lamproítos e lamprófiros.
Tal como sucede com os pares aragonite-calcite (polimorfos de carbonato de cálcio), e coesite-quartzo (polimorfos da sílica), os diamantes à superfície da Terra estão fora do seu domínio de estabilidade, e transformam-se em grafite. Contudo, a velocidade desta transformação é lenta a ponto de não ser mensurável, porque envolve quebra de todas as ligações e estabelecimento de outras novas. Fique tranquila(o), os seus diamantes não se transformarão em grafite nos milhões de anos mais próximos.
Estas transformações, ditas reconstrutivas, consomem energia. Conhecem-se (raros) casos em que diamantes em rochas ultramáficas estão hoje transformados em grafite, octaédrica, como no maciço de Ronda, em Espanha. Terá sido a lentidão do ascenso dos maciços que permitiu a transformação, fornecendo a elevada energia necessária.
Outras origens dos diamantes são:
• os sedimentos aluvionares que resultam da erosão dos maciços vulcânicos (como é o caso do conglomerado diamantífero exposto)
• os meteoritos e as crateras de impacte meteorítico, muitas vezes sob a forma de micro- e nano-diamantes
• Subducção de rochas grafitosas, como no leste australiano
Para saber mais
Estruturas (1) da grafite e (2) do diamante
https://www.preparaenem.com/quimica/transformacao-grafite-diamante.htm
Em termos de ligações químicas, estamos em presença de ligações covalentes com hibridização de orbitais, sp2 e sp3, na grafite e no diamante, respetivamente (ver figura). No diamante as quatro orbitais sp3 distribuem-se a iguais distâncias entre si, no espaço, portanto em arranjo tetraédrico; na grafite o arranjo é trigonal planar, mobilizando três eletrões; este arranjo gera folhas. Existe ainda um quarto eletrão, fracamente ligado às folhas, dotado de grande mobilidade, responsável pela muito alta condutibilidade elétrica da grafite. Pode encontrar-se uma tabela com as propriedades dos dois minerais aqui.
Diamond and Graphite: Two Versions of Carbon
For centuries (until the middle of the 18th century) diamond and graphite were seen as two minerals without any relation. The properties of graphite are somewhat similar to those of anthracite (a coal), but with higher combustion temperatures (1000-2000 C). Its name derives from the fact that it is used for writing, as it has a very low hardness (grade 1 on the Mohs scale), which has been known since the most remote antiquity. Graphite is still used today in pencil leads.
As for diamond (the hardest substance known, the name means "invincible"), it was Lavoisier who first achieved its combustion, as part of his investigations in phlogiston. Yes, diamonds burn, contrary to what many people think. In both cases (diamond and graphite) the combustion only produces CO2, in equal quantities, and no residue remains. From this it follows that diamond and graphite differ only in the way the atoms bond to each other.
Diamonds continue to be the subject of much research, which has shown that most diamonds are very old, formed in the Earth's mantle at depths of 140-190 km, billions of years ago. They are transported to the Earth's surface in rare volcanic eruptions, which generate rocks called kimberlites, lamproites and lamprophyres.
As with the pairs aragonite-calcite (calcium carbonate polymorphs), and coesite-quartz (silica polymorphs), in which calcite and quartz are the stable polymorphs, diamonds on the Earth's surface are outside their domain of stability, and turn into graphite. However, the speed of this transformation is slow to the point of not being measurable, because it involves breaking all the bonds and establishing new ones. Relax, your diamonds will not revert to graphite for millions of years to come.
The above transformations, called reconstructive, consume energy. There are (rare) known cases in which diamonds in ultramafic rocks are now transformed into graphite, octahedral, as in the Ronda massif in Spain. It was the slow rise of the massifs that allowed the transformation, providing the necessary high energy.
Other origins of diamonds are:
• alluvial sediments that result from the erosion of volcanic massifs (as is the case of the diamond-bearing conglomerate in exhibition)
• meteorites and meteorite impact craters, often in the form of micro- and nano-diamonds
• Subduction of graphite-bearing rocks, such as in eastern Australia.
Find out more
Structures of (1) Graphite and (2) Diamond
https://www.preparaenem.com/quimica/transformacao-grafite-diamante.htm
In terms of chemical bonds, we are in the presence of covalent bonds with hybridization of orbitals, sp2 and sp3, in graphite and diamond, respectively (see figure). In diamond, the four sp3 orbitals are distributed at equal distances from each other, in space, therefore in a tetrahedral arrangement; in graphite, the arrangement is planar trigonal, mobilizing three electrons; This arrangement generates leaves. There is also a fourth electron, weakly bound to the sheets, endowed with great mobility, responsible for the very high electrical conductivity of graphite. A table with the properties of the two minerals can be found here.
Texto de I Text by: Fernando J.A.S. Barriga, Professor Catedrático do Dep. Geologia da FCUL, Especialista convidado MUHNAC
Fotografia de I Photo by: Fernando Barriga
Foto 1: GRAFITE (Aspeto global da amostra), MNHN/UL.0013
Sri-Lanka
Foto 2: GRAFITE, (Aspeto parcial da amostra), MNHN/UL.0013
Sri Lanka
Foto 3: DIAMANTE em conglomerado, MNHN/UL.7254
Diamantina, Minas Gerais, Brasil.
Foto 4: DIAMANTE, MNHN/UL.6113
Camissombo, Lunda Norte, Angola.
PROGRAMA ALARGADO
22 abril
15h30 - Visita orientada à exposição "Minerais: Identificar, Classificar"
Com a Curadora convidada das Coleções Geológicas, Liliana Póvoas
Atividade incluída na programação do Dia Mundial da Terra.
Preço: gratuito
Inscrições:
geral@museus.ulisboa.pt | 213 921 808