No momento atual, seguimos para uma tecnologia que desponta o grafeno como o substituto do silício. Podemos definir o grafeno como uma das formas cristalinas do carbono, sim, uma das formas alotrópicas das demais substâncias formadas de carbono, como o carbono diamante, o grafite, no entanto o termo mais aproximado para se definir o grafeno é que é um derivado do grafite. Sendo que o grafite é uma sobreposição de centenas de camadas de anéis benzênicos interligados e o grafeno é formado por uma única camada de anéis benzênicos. 

Para entendermos melhor vejamos o grafite. O grafite pode ser exemplificado conforme a sua forma estrutural como camadas e camadas de anéis benzênicos interligados sobrepostos formando a estrutura esquematizada a seguir.

Já o grafeno é formado por uma única camada de anéis benzênicos interligados formando a estrutura de colmeia como a esquematizada logo abaixo.

Convém salientar que se houver mais de uma camada de benzeno sobreposta uma a outra, já não é mais grafeno e perde a qualidade desse material, permanecendo assim como grafite.

O arranjo da forma hexagonal do grafeno se dá pelo arranjo dos carbonos que se ligam uma as outras por ligações sp2 para formar o anel

Veja a formação das ligações "sp2" no esquema abaixo.

O carbono possui 6 elétrons que podem ser distribuídos nos subniveis s e p. Esses subniveis são preenchidos parcialmente pelos elétrons como mostra a figura 1.

figura 1                                                                                  figura 2

Os orbitais "s" são circulares e os orbitais "p" são em forma de hélice. Os orbitais "s" para se tornarem híbridos se alongam formando os orbitais sp2. o orbital "p" retraem com alteração de sua forma original, formando a estrutura apresentada na figura 2 com orbitais "sp2" híbridos e "p" puro. Assim o átomo de carbono está pronto para se ligar a outro átomo de carbono também hibridizado.

Para formar o anel benzênico outros carbonos hibridizados se juntam à estrutura para formar a forma molecular hexagonal como mostra a figura logo abaixo.

O resultado da estrutura hexagonal com nuvens de elétrons circulando em constante ressonância de alta energia para a estrutura molecular. figura logo abaixo.

A união dos anéis portanto ira formar a estrutura do grafeno como representada na figura abaixo.

Como o Grafeno é Preparado

O grafeno pode ser preparado a partir do grafite que é uma estrutura formada por centenas e centenas de camadas de carbono na forma de anéis benzênicos interligados com o aspecto de uma colmeia. A partir do grafite de múltiplas camadas de anéis benzênicos interligados, sendo retirada camada por camada desses benzenos até ficar somente uma camada ai, temos o grafeno. Um método simples utilizado pelos russos Novoselov  e Geim para a produção de benzeno é a esfoliação mecânica por exemplo; com um lápis de grafite  riscar certa área de uma folha de papel tipo sulfite e depois com um durex ou fita adesiva ir colando esse durex e retirando-o sucessivamente camada por camada até ficar uma única camada que é o grafeno.

Extração do Grafeno Pela Esfoliação ou Cisalhamento em Líquido

Outras técnicas utilizadas especialmente na área de produção industrial que são; utilização da esfoliação mecânica, esfoliação química e deposição química na fase vapor. A produção de grafeno por esfoliação mecânica consiste em retirar com fita adesiva camada por camada de grafite até chegar ao grafeno.  

Outra técnica consiste na  esfoliação em fase líquida, esfoliação a base de água é a esfoliação ultrassônica de alta potência de fase líquida para obtenção de grafeno.

Outro método utiliza solventes tóxicos envolve a deposição química de carbono em um substrato de cobre,

O método CVD é um método por qual se obtém o grafeno colocando  átomos de carbono em fase gasosa no substrato de cobre, esse método é denominado de deposição de vapor químico CVD.  

O Grafeno 2

Outra descoberta que já está em uso é o grafeno 2. Esse grafeno é isotrópico é modificado, cujas propriedades elétricas, mecânicas e térmicas são as mesmas em qualquer direção do material, pois os átomos de carbono formado pelo isótopo de carbono 12 possui a proporção aproximada de 98,9% desse carbono e do isótopo do carbono 13 esta presente na composição na proporção aproximada de 1,1% cujo resultado é produzir maior condutividade térmica.

O grafeno 2 também proporciona a condutividade térmica do material produzido também dependeria dos fônons que são quase partículas do som e do calor, estes em um retículo cristalino sólido produz um quantum de vibração de um retículo cristalino rígido produzindo o aumento do transporte de calor no interior da rede de átomos de carbono.

Dispositivos Spintrônicos

É a eletrônica baseada em spin ou a magnetoeletrônica que explora a propriedade quântica ou a orientação dos elétrons imersos em um campo eletromagnético cujo fluxo de elétrons é de zero e 1 para a faixa de oito bits que aumenta em muito a velocidade dos discos rígidos Hard Drive ou simplesmente de HD.

Primeiramente devemos ter noção do que é um campo eletromagnético promovido por spins. Os spins opostos e um elétron giram em sentido contrários ou seja no sentido horário ou anti horário, nesse caso esses giros geram o campo eletromagnético como esquematizado logo abaixo.

Campo eletromagnético apenas ilustrativo

Num plano ou num material condutor, os elétrons podem ser ordenados com seus spins direcionados conforme o esquema a seguir. 

Essa ordenação dos spins dos elétrons produz um campo eletromagnético como o esquematizado a seguir.

Devemos ter em mente que os qubits; ou seja zero ou um, ou os dois ao mesmo tempo, portanto são aqueles que no nosso caso o grafeno, composto em que as partículas, os elétrons com seus spins provenientes de uma fonte magnética são levados para outra determinada região ou fonte receptora, sendo que a corrente é controlada pelo dispositivo que aprisiona as partículas e as fazem deslocar de um lugar para outro por meio de um imã.

                             Tiol ou Tióis

 

O grupo Tiol é formado pelo radical -SH, substituindo o oxigênio da hidroxila de um grupo dos álcoois pelo enxofre, geralmente eles tem o pH muito ácido, como por exemplo o butanotiol que tem o pKa em torno de 10,5. Portanto os tióis possuem -SH como seu grupo funcional, sendo um composto sulfurado o enxofre, que tem uma característica própria de ser dos malcheirosos, como por exemplo das substâncias 3-metilbutanotiol, que são expelidas pelas glândulas dos gambás, ou outra substância o etanotiol, utilizado misturado ao gás para dar mal odor ao gás de cozinha de botijão e pode evitar vazamento pelo odor. Outra importância dos compostos desse grupo é que o radical tiol -SH que é muito abundante no meio intracelular e assim sendo esse radical se faz um importante redutor antioxidante que está presente no aminoácido cisteina em grande volume no meio intracelular.

Exemplos de Tióis

Metanotiol

Etanotiol

Propanotiona - Uma tiocetona

Butano-1-tiol

Penicililamina

4-MMP ou 4-mercapto-4-metilpentan-2-ona - Aroma de cássia

Benzenotiol

Furano-2- ilmetanotiol ou 2-furfuriltiol 

Um dos componentes do aroma do café.

3-metil-2-buteno-1-tiol

A três estruturas abaixo representa o mesmo produto 3-metil-2-buteno-1-tiol com as fórmulas molecular, estrutural plana e em barras.

Cisteina

Outro exemplo de substância com o grupo tiol é a cisteina aminoácido da proteina estrutural formadora da queratina responsável pela resistencia do tecido, promovida pelas grande quantidade de ligações de enxofre - enxofre (S-S) das cadeias polipeptidicas da proteína formando uma rede fibrosa resistente, cuja função é possibilitar a elasticidade da pele, cabelos e unhas e por fim, formando uma barreira mecânica de impermeabilidade à água.

                                  

Preparação de Tióis  

Tiol preparado a partir de álcool com sulfeto de hidrogênio.

          Etanol                                 sulfeto de                                            etanotiol                            água

                                                     hidrogênio

Preparação de Etanotiol a partir do brometo de etila com hidrogenossulfeto de sódio

           brometo de etila               hidrogenossulfeto de                    etanotiol                                brometo 

                                                            sódio                                                                                  de sódio

Oxidação e Redução de um Tiol

Oxidação de um tiol

Oxidação do etanotiol em dissulfeto de etila

             etanotiol                      iodo                       dissulfeto de dietila                                    iodeto de

                                                                                                                                                   hidrogênio

Uso Dos Tióis 

Uso do butanotiol

O butanotiol é um composto da família das mercaptana, que pode ser usado industrialmente misturado na composição do gás de cozinha de botijão. Sua propriedade é proporcionar mal odor ao gás inodoro sem alterar a sua qualidade, se por acaso houver vazamento no botijão possa ser dectado pelo olfato ou mal cheiro que ele proporciona. Outro cuidado que devemos ter com relação ao butanotios é ao ser inalado ele pode causar fraqueza, confusão mental, tosse, tontura, sonolência, náusea, vômitos e falta de ar.

Benzenotiol 

O benzenotiol é utilizado na indústria farmacêutica na preparação do medicamento timerosal substância antiséptica do merthiolate agente anti infeccioso.

Uso da penicilamina

A penicilamina é utilizada como medicamento antirreumático no combate da inflamação crônica especialmente do sistema imunológico, como no caso da doença de Wilson, doença hepatolenticular que é hereditária autossômica recessiva em que ocorre o acúmulo tóxico de cobre em tecidos do cérebro e do fígado. No caso da cistinúria causada pelos cristais do aminoácido cistina que pode induzir a formação de cristais de cistina na urina. Nesse caso, a penicilamina liga-se a cistina tornando a mais solúvel, impedindo assim a formação de cálculo renal sendo posteriormente excretada pela urina. 

Além do mais, a penicilamina é utilizada como medicamento antirreumático, combatendo a inflamação crônica do sistema imunológico, como por exemplo; a artrite reumatóide que causa dor e inchaço das articulações das mãos e dos pés.

Tiol Na cerveja

O 4 MMP ou 4-mercapto-4-metilpentan-2-ona, um tiól, cujo aroma é o de cássia ou seja, de canela, além de apresentar ainda outras fragrâncias acentuando aromas diferentes de flores silvestres e arbustos na cerveja.

Questões 

1) É um composto da família das mercaptana, que pode ser usado industrialmente misturado na composição do gás de cozinha de botijão. Sua propriedade é proporcionar mal odor ao gás inodoro sem alterar a sua qualidade, se por acaso houver vazamento no botijão possa ser detectado pelo olfato ou mal cheiro que ele proporciona.

a) benzenotiol

b) etanotiol

c)  3-metil-2-buteno-1-tiol 

d) Butano-1-tiol 

2) É um aminoácido da proteina estrutural formadora da queratina responsável pela resistencia do tecido, promovida pelas grande quantidade de ligações de enxofre - enxofre (S-S) das cadeias polipeptidicas da proteína formando uma rede fibrosa resistente, cuja função é possibilitar a elasticidade da pele, cabelos e unhas e por fim, formando uma barreira mecânica de impermeabilidade à água:

a) cisteína.

b) cistina.

c) metionina.

d) lisina.

e) alanina.

3) Observe a reação de preparação de um tiol pela equação abaixo. 

 

Os reagentes dessa reação são:

a) o gás metano e o ácido sulfídrico.

b) do etanol com sulfeto de hidrogênio.

c) acetona e dióxido de enxofre.

d) brometo de etila com iodo.

e) metil-benzeno e etanol.

4) As duas estruturas abaixo representam a fórmula de uma única substância que é:

a) o ácido carboxílico.

b) o etanotiol.

c) a cisteina.

d) a glicina.

e) a propanotiona.

Número de Avogadro

O número de Avogadro já calculado é um número fixo cujo valor coincide com aproximadamente 6,02 x 10²³ ou seja; seiscentos e dois sextilhões de partículas de elétrons, átomos, moléculas ou qualquer substância. 

Observe a tabela abaixo

Independente da substância, ou da massa de cada uma, o valor do número de Avogadro será sempre 6,02 x 10²³ 

          Cálculo do Número de Partículas

                  Número de Avogadro  

Foi Amadeu Avogadro, Italiano que em 1811 propôs pela primeira vez um valor numérico constante que em determinada pressão e temperatura, coincidiria com o número de moléculas ou de partículas de qualquer tipo de gás. 

Em 1909 o francês Jean Perrin com seus trabalhos, utilizando diversos métodos na determinação do valor da Constante das massas, se propôs a nomear com o nome de Constante de Avogadro, que coincidiria com o número de 1 mol de gás oxigênio que pesaria 32 gramas.

Mol seria a massa em gramas de qualquer substância a nível atômico ou molecular. O mol corresponde ao número de Avogadro que corresponde a 6.02 x 10²³ partículas. 

Exemplo:

A massa do gás hidrogênio (H2) é 2 u.

Em mol a substância gás hidrogênio (H2),  possui 6,02 x 10²³ partículas ou moléculas desse gás que corresponde a  2 gramas. 

Então 6,02 x 10²³ partículas = 2,0 g de H2 = 1 mol.

Observe o número de partículas de algumas substâncias.                          

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            

Vejamos outro exemplo mais explicito.      

1) A massa da glicose (C6H12O6) é 180 u.m.a. Isso pode corresponder a 180 gramas ou a um mol da substância que corresponde a: 

Assinale apenas a alternativa correta.

a) 6,02 x 10²³ partículas da substância.                                                                                                

b) 60,2 x 10²³ partículas da substância.

c) 3,02 x 10²⁰ partículas da substância.

d) 6,02 x 10²¹ partículas da substância.

Mais um exemplo.

1) Calcular o número de partículas de NaCl que há nas seguintes massas dessa substância. 

 2) Sabendo que o gás oxigênio O2 possui a massa de 32 g/mol e o número de partículas corresponde a 6,02 x 10²³, então 16 g de gás O2 corresponde a: 

^Cálculo

Resposta. 16 gramas de gás oxigênio contém 3,01x 10²³ partículas desse gás.

3) Ao temperar o arroz com sal, a cozinheira colocou uma colher de sal com 5 gramas do sal cloreto de sódio (NaCl). Quantas partículas do sal há nessa panela com arroz cozinhando?

Resolução

Resposta. 5 gramas de sal cloreto de sódio contém 0,514 x 10²³  ou  5,14 x 10²² partículas do sal.

4) Um comprimido usado contra azia estomacal, contém 200 mg de hidróxido de magnésio (Mg(OH)2. Pergunta-se; ao tomar um comprimido com essa dosagem de hidróxido de magnésio, quantas partículas dessa substância o indivíduo ingeriu?

Rsolução

Resposta. O indivíduo ingeriu 0,02 x 10²³ ou 2,14 x 10²¹ partículas do sal.

5) Ao tomar seu café matinal, uma pessoa adicionou 50g de açúcar sacarose na xicara. Quantas moléculas de sacarose esse indivíduo colocou na xicara de café?

Resolução

Resposta. O indivíduo ingeriu 0,88 x 10²³ ou 8,8 x 10²² partículas de açúcar.

6) Qual é o número de partículas ou moléculas de água em um copo com 100 mL ou 100 g de água?

Dados: 1 mL de água = 1 grama

O número de partículas de água em um copo com 10 ml é 33,44 x10²³.

7) Conhecendo o número de mol de uma substância, podemos calcular o número de partículas que certa quantidade dessa substância possui. Por exemplo, a  aspirina, ou seja; o ácido-2-acetoxibenzoico (C9H8O4), tem o peso molecular de 180 g/mol.

Esse medicamento é analgésico, antipirético e anti inflamatório, geralmente é comercializado em comprimidos de 100 mg, 250 mg, 500 mg, 1000 mg. 

Conforme a posologia do bulário, o médico indicou 1 comprimido de 500 mg de ácido acetil salicílico, 3 vezes ao dia, a um paciente. Pergunta-se, quantas moléculas do ácido acetilsalicílico esse indivíduo ingeriu diariamente? 

Resolução

8) (Enem – 2013) (adaptado) afirma-se cientificamente que 40 g/mol de cálcio, coincide com o número de Avogadro, ou com o valor de 6 x 1023 átomos desse elemento químico. Pede-se para calcular o número de átomos que o indivíduo deverá ingerir para suprir suas necessidades diárias.

É de nosso interesse esse conhecimento, pois as pesquisas afirmam, que o brasileiro ingere somente 500 mg de cálcio diariamente, sendo necessário, o dobro dessa quantidade. Conforme dados clínicos, essa ingestão evita a osteoporose, doença dos ossos, que causa a diminuição da massa óssea corporal, além de torná-los enfraquecidos e quebradiços.

Dadas as alternativas abaixo, assinale somente a correta.

a) 7,5 × 1021 

b) 1,5 × 1022  

 c) 7,5 × 1023 

d) 1,5 × 1025  

e) 4,8 × 1025

Resolução

O dobro coincide com: