Quais os metais conhecidos por exibirem supercondutividade até o momento? Existem cerâmicas supercondutoras? Quais são elas?
Passo 1
Você perguntou duas coisas simples: (1) quais metais conhecidos exibem supercondutividade até hoje; (2) se existem cerâmicas supercondutoras e, se sim, quais são elas.
Informações dadas: você quer exemplos concretos e respostas diretas. Não há figura nem tabela; vamos usar exemplos bem conhecidos e explicar o porquê.
Informações dadas: você quer exemplos concretos e respostas diretas. Não há figura nem tabela; vamos usar exemplos bem conhecidos e explicar o porquê.
Passo 2
Primeiro, um miniaula rápida para entender o que estamos falando (só o essencial). Supercondutividade é um estado da matéria caracterizado por duas coisas principais: resistência elétrica nula e expulsão de campos magnéticos (efeito Meissner). O que determina se um material fica supercondutor é a sua temperatura crítica, que chamamos de
: abaixo de
o material entra no estado supercondutor; acima de
ele é normal.
Há muitos tipos de materiais que podem se tornar supercondutores: elementos químicos (metais), ligas metálicas, compostos intermetálicos, cerâmicas (principalmente óxidos cupratos), hidroretos sob alta pressão, entre outros. Também existem dois tipos de comportamento magnético para supercondutores: tipo I (fecham-se abruptamente, típicos de metais simples) e tipo II (permitirem fluxo magnético em vórtices, típicos de ligas e cupratos). Isso importa para aplicações, mas o ponto principal é: muitos metais e muitos compostos exibem supercondutividade — não é exclusivo de um grupo.
Há muitos tipos de materiais que podem se tornar supercondutores: elementos químicos (metais), ligas metálicas, compostos intermetálicos, cerâmicas (principalmente óxidos cupratos), hidroretos sob alta pressão, entre outros. Também existem dois tipos de comportamento magnético para supercondutores: tipo I (fecham-se abruptamente, típicos de metais simples) e tipo II (permitirem fluxo magnético em vórtices, típicos de ligas e cupratos). Isso importa para aplicações, mas o ponto principal é: muitos metais e muitos compostos exibem supercondutividade — não é exclusivo de um grupo.
Passo 3
Quais metais elementares (exemplos) são conhecidos por serem supercondutores? Aqui eu dou os exemplos mais clássicos e os mais usados, com seus
típicos (valores aproximados para você ter noção):
- Mercúrio (
), . (Histórico: primeiro supercondutor descoberto.) - Chumbo (
), . - Estanho (
), . - Alumínio (
), . - Nióbio (
), — é o elemento com maior entre os elementos puros à pressão ambiente e é amplamente usado em ímãs supercondutores (fios e bobinas). - Vanádio (
), . - Tantálio (
), . - Molibdênio (
) e tungstênio ( ) também têm transições supercondutoras, mas a temperaturas muito baixas (milikelvin até kelvin).
Observação prática: além dos elementos puros, muitas ligas e compostos metálicos (por exemplo, ligase compostos do tipo A15 como ) são os “metais” mais importantes para aplicações (bobinas de MRI, aceleradores, etc.) porque combinam boa com propriedades mecânicas e comportamento magnético favorável.
Passo 4
Existem ainda materiais exóticos que são metálicos sob certas condições e mostram supercondutividade a temperaturas muito altas: são os hidridos sob altíssima pressão, por exemplo
com
(sob pressão enorme) e
com
relatado acima de
(também sob megabars). Esses não são “metais comuns” em condições ambiente, mas mostram que “metalidade + empacotamento extremo” pode levar a
muito altos.
Passo 5
Agora: e as cerâmicas? Sim — existem cerâmicas supercondutoras. Quando se fala “cerâmica supercondutora” geralmente estamos falando de óxidos cerâmicos, especialmente os cupratos (óxidos de cobre dopados). Essas cerâmicas foram a grande revolução em supercondutividade porque apresentam
muito maiores que metais comuns e podem, em muitos casos, operar acima da temperatura do nitrogênio líquido (
). Exemplos famosos:
-
(o primeiro cuprato de alta
descoberto por Bednorz e Müller; da ordem de algumas dezenas de kelvin). -
(abreviado YBCO), — é um dos mais usados em pesquisa e aplicações porque fica supercondutor com nitrogênio líquido. - Bisselenatos/bismuto-cupratos:
(Bi-2212) e variantes (Bi-2223), com tipicamente entre e dependendo da fase. - Cupratos à base de tálio e mercúrio (por exemplo
- e -base) que podem chegar a mais altos (algumas fases acima de em condições ambiente, e ainda maiores sob pressão).
Além dos cupratos, existem outros óxidos cerâmicos e compostos inorgânicos supercondutores: - Bismutatos como
(BKBO),
da ordem de . - Perovskitas e óxidos como
(um supercondutor não-convencional, pequeno, ). - Famílias de ferropnictetos/fechalcogenetos (ex.:
, dopa-das), que não são “cerâmica” no sentido estrito de óxido cerâmico clássico mas são compostos cerâmicos cristalinos e exibem até . Esses também são tratados em geral como “cerâmicas supercondutoras” em muitos contextos.
Passo 6
Por que “cerâmica” pode ser supercondutora se cerâmica normalmente é isolante e quebradiça? Bom, “cerâmica” aqui refere-se a compostos iônicos/óxidos cristalinos; muitos são isolantes na estequiometria pura, mas ao fazer dopagem (trocar átomos por outros ou remover/colocar oxigênio) você adiciona portadores (elétrons ou lacunas) nas camadas ativas — nos cupratos, as camadas
são onde os portadores se movem e formam o estado supercondutor. A mecânica microscópica da maioria dos cupratos é “não convencional” (não cabe inteiramente na teoria BCS simples), por isso a física é rica e complicada. Também: cerâmicas são tipicamente tipo II, permitem campos magnéticos em vórtices e podem ser difíceis de transformar em fios, o que complica algumas aplicações.
Passo 7
Resumo das categorias (para gravar na cabeça):
- Metais elementares supercondutores: muitos exemplos (Hg, Pb, Sn, Al, Nb, V, Ta, Mo, W, …). Nióbio (
) é destaque com maior entre elementos puros ( ). - Ligas e intermetálicos importantes:
, (A15), (intermetálico, ) — amplamente usados. - Hidridos sob alta pressão:
, , etc. (altíssimos mas só sob pressões enormes). - Cerâmicas supercondutoras: cupratos (YBCO
, Bi-, Tl-, Hg-cuprates, ), bismutatos ( ), ferropnictetos ( , , …), entre outros óxidos e compostos inorgânicos.
Passo 8
Observação final e dica de estudo: a lista completa de materiais supercondutores é grande (centenas) e em constante crescimento — pesquisadores continuam descobrindo novos compostos e pressões/condições que alteram
. Se precisar decorar para prova: memorize categorias + alguns exemplos icônicos (Hg, Pb, Nb,
,
,
, YBCO e La‑cuprato). Esses nomes costumam cobrir as questões básicas.
Resposta
Metais elementares que exibem supercondutividade (exemplos):
(
),
(
),
(
),
(
),
(
),
,
,
,
(estes últimos com
mais baixos) e muitas ligas/intermetálicos como
,
,
.
Existem cerâmicas supercondutoras? Sim. Exemplos: cupratos como , (YBCO),
(Bi‑2212), variantes Tl‑ e Hg‑cupratas; também bismutatos (
), ferropnictetos/fechalcogenetos (ex.:
,
), entre outros óxidos e compostos cerâmicos.
Existem cerâmicas supercondutoras? Sim. Exemplos: cupratos como ,