Explique a diferença de condutividade elétrica de carbono grafite e carbono diamante? Qual a origem da condutividade (ou da ausência).

Passo 1

Beleza, então a questão pede para a gente explicar por que o carbono na forma grafite conduz eletricidade e o carbono na forma diamante não. Isso é Conteúdo de Química Física ou Materiais (estrutura eletrônica e bandas de energia) e vamos precisar falar de hibridização orbital, ligações covalentes e de bandas de energia (gap).

Passo 2

Primeiro, bora lembrar como é o diamante: cada átomo de carbono faz quatro ligações covalentes iguais, usando orbitais híbridos sp³. Visualiza um tetraedro: cada lig. sp³ une dois átomos. Aí não sobram elétrons “livres” para se movimentar. Na teoria de bandas, esses elétrons ocupam toda a banda de valência, e a banda de condução fica lá em cima, bem longe, com um gap grande, cerca de
Egapprox5,5;eV
Isso significa que, à temperatura ambiente, praticamente nada consegue pular esse espaço de energia, ou seja, não tem corrente elétrica.

Passo 3

Agora, o grafite: cada carbono faz três ligações em um mesmo plano, com hibridização sp². Os três orbitais sp² formam triângulos, e sobra um elétron em cada átomo num orbital p perpendicular a esse plano. Esses elétrons p se combinam em cima de muitas camadas, formando níveis de energia contínuos, que a gente chama de bandas π (pi). Nelas, os elétrons ficam “deslocalizados”, podem se mover livremente dentro da camada.

Passo 4

Então, na linguagem de bandas, o grafite não tem um gap grande: a banda π (ocupada) e a banda π* (vazia) se sobrepõem ou têm gap muito pequeno. Isso faz do grafite um condutor ou no máximo um semicondutor super leve. Os elétrons deslocalizados respondem a um campo elétrico e geram corrente.

Resposta

O diamante é isolante porque tem ligações sp³ que esgotam todos os elétrons em uma banda de valência bem separada da banda de condução (gap ~5,5 eV). Já o grafite, com ligações sp², deixa elétrons no orbital p formando bandas π deslocalizadas sem gap relevante, permitindo a condução elétrica.

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