Fabricando Diamantes na Panela de Pressão

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Fabricando Diamantes na Panela de Pressão

15 de novembro de 2017 | Alexandre Tamaoki | blog

Todo mundo já deve ter visto um diamante, seja na vitrine de uma loja ou então na televisão. Essas pequenas pedras preciosas custam uma fortuna, a depender de diversos fatores, como pureza e lapidação, e estão presentes em vários anéis e colares. Mas você já se perguntou como eles são feitos e se é possível fabricá-los artificialmente?

Diamante = Grafite ?

Antes de sabermos como eles são feitos, precisamos saber do quê eles são feitos. E, incrivelmente, diamantes são formados apenas por átomos de carbono.
Isso quer dizer que os átomos de um pedaço de grafite e de um diamante são exatamente os mesmos? Sim!
E isso quer dizer que eles são a mesma coisa? Não!
Ambos são formados por átomos de Carbono (C), mas o que os difere é a estrutura em que esses átomos se organizam.

No grafite, cada átomo de carbono realiza ligações covalentes (mais fortes) com 3 outros átomos de carbono formando várias “folhas” de grafite (como mostrado na ilustração anterior). Essas folhas se sobrepõem através de ligações de Van der Waals (mais fracas), e se submetidas à algum tipo de atrito, cada camada desliza sobre a outra, e até se separam, possibilitando a escrita com um lápis, por exemplo.
Já no diamante, temos algo mais rígido (considerado a pedra mais dura da natureza). Nele, cada átomo de carbono realiza ligações covalentes com outros 4 átomos de carbono, formando uma estrutura única, como mostrado na imagem.

Como são formados os Diamantes?

A grande maioria dos diamantes se formam a mais de \(150\ km\) da superfície, na crosta terrestre. Lá, encontram as condições ideais para que deixem de ser simples materiais feitos de carbono e se tornem pedras preciosas. Sob extremas temperatura e pressão, as ligações entre os átomos de carbono do grafite e outros compostos se rearranjam simetricamente, formando o que é conhecido como diamante, a pedra mais dura do planeta.

Diamantes na panela de pressão

O que conhecemos que aumenta tanto a temperatura quanto a pressão de um ambiente? Isso mesmo, a panela de pressão!

Podemos descrever o funcionamento de uma panela de pressão com a famosa equação dos gases ideais: \(PV=nRT\). Aquecendo a panela no fogão, por se tratar de um ambiente fechado, o volume (\(V\)) e a quantidade de moléculas (\(n\)) em seu interior são constantes (considerando que a válvula não seja liberada). Então, pelo aquecimento do ar dentro da panela e/ou pela evaporação de algum líquido, como a água, a pressão aumenta.

Assim, se colocarmos nela um pedaço de grafite e elevarmos a sua temperatura o suficiente com uma certa quantia de gás em seu interior, podemos atingir a temperatura e a pressão ideais para a formação do diamante, certo? Bom, teoricamente isso está correto. Porém, para simularmos as condições do interior da terra é preciso atingir a temperatura de \(1500\ °C\) e pressão superior a 50 mil vezes a pressão atmosférica (o que equivale a mais de \(5\times 10^9\ Pa\)), extrapolando, e muito, os limites de uma panela de cozinha comum.
Infelizmente, não podemos fabricar diamantes na cozinha de casa. Mas isso não quer dizer que eles não possam ser fabricados artificialmente. Um dos métodos de manufatura de diamantes sintéticos é o HPHT
(High Pressure, High Temperature), em português, alta pressão, alta temperatura. Ele consiste em extrair o carbono algum material gerando uma espécie de grafite e depositá-lo em um equipamento, o qual ocupa uma área de mais de \(100\ m^2\), que simula as condições para a formação do diamante (ou seja, uma SUPER panela de pressão), e, dessa forma, obtendo a pedra preciosa artificialmente.

Por mais que essas pedras sejam valiosas, o método HPHT gera diamantes bem pequenos, e, por isso, o custo das jóias produzidas não compensa os gastos de energia utilizados para produzi-las. Esses diamantes são feitos mais pelo valor simbólico do que pelo preço da pedra de fato. Como exemplo disso estão Pelé, que fez um diamante para a mãe através de seu cabelo, e o time de futebol do Santos, que fizeram diamantes a partir da grama do Estádio da Vila Belmiro, para comercializar entre seus torcedores.

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