A grafite e o diamante são duas formas alotrópicas naturais do carbono, ou seja, ambos são formados por macromoléculas constituídas de átomos de carbono, com a única diferença na forma geométrica em que esses átomos estão ligados entre si.
No caso da grafite, eles formam placas de hexágonos que ficam atraídas umas às outras no espaço:
Já no diamante, cada átomo de carbono é ligado a outros quatro átomos de carbono, formando tetraedros:
A forma alotrópica mais estável é a grafita, porque para se formar seu arranjo cristalino, precisa-se de menos energia. Já o diamante só é formado em camadas bem profundas da Terra, que, por causa de movimentos geológicos, são expelidos para a crosta terrestre e com o tempo tendem a se transformar em grafite. Porém, essa reação demora muito tempo.
Assim, é possível transformar grafite em diamante. Mas quanto de energia é necessário para isso?
Cgrafite → Cdiamante ΔH = ?
Bem, a Lei de Hess, estudada na Termoquímica, ajuda-nos a fazer esse cálculo. Essa lei nos diz que o valor da variação de entalpia (ΔH) de uma reação, isto é, da energia recebida ou perdida, é igual seja qual for o caminho em que ela se processe, depende somente do estado inicial e final. Isso ignifica que a energia usada na reação acima, será a mesma se forem utilizadas outras etapas, mas que resultem em grafite ser transformado em diamante.
Faremos isso então, usaremos duas reações que envolvem a grafite e o diamante, com ΔH conhecidos, para, em seguida, montarmos uma reação de duas etapas. Consideremos então as entalpias de combustão do grafite e do diamante:
- C(grafite) + O2(g) → CO2(g) ∆H = -394 kJ
- C(diamante) + O2(g) → CO2(g) ∆H = -396 kJ
Com base em uma relação apropriada dessas equações, encontramos o ΔH da transformação do grafite em diamante. Veja:
C(grafite) + O2(g) → CO2(g)∆H = -394 kJ
CO2(g) → C(diamante) + O2(g) ∆H = +396 kJ
Cgrafite → Cdiamante ΔH = + 2 kJ
Veja que são necessários 2 kJ para transformar a grafite em diamante, que é a mesma energia necessária para vaporizar 1 g de água.
No entanto, não pense que esse é um processo fácil. É preciso empregar pressão e temperatura muito elevadas, em torno de 105 atm e 2000 ºC, isto é, condições semelhantes às que existem em camadas mais internas da Terra. Desse modo, o carbono precisa ser praticamente vaporizado e, por isso, o processo é difícil.
Depois que o diamante é feito, volta-se para a pressão e temperatura normais ao nível do mar, mas conforme dito, o diamante não retorna a grafite porque essa reação leva milhões de anos para ocorrer.
Os diamantes sintéticos fabricados dessa forma são muito utilizados em pontas de brocas, mas também são usados em joias.
