73. As estruturas pequenas como as esferas e tubos formados por átomos de carbono são a base, em grande parete, do campo da nanotecnologia. O nitreto de boro forma estruturas semelhantes.

(a) Qual é a hibridação dos átomos de carbono nos nanotubos de carbono e dos átomos de nitrogênio nos nanotubos de nitreto de boro?

(b) Um nanotubo de carbono simples é feito com uma folha parecida com uma camada de grafita (semelhante a telas de galinheiro) enrolada e ligada a si mesma. Quantos hexágonos devem ser ligados ( os hexágonos coloridos do desenho abaixo) em torno da circunferência de um nanotubo para formar um tubo de aproximadamente 1,3nm de diâmetro? O diagrama mostra a orientação dos hexágonos com respeito à curvatura do nanotubo. A distancia C-C nos nanotubos de carbono é 142ppm.

(c) O buckmisterfullereno, C60, pode ser hidrogenado, mas, até hoje, um composto com a formula C60H60 não foi preparado. A forma mais hidrogenada conhecida é C60H36. Sugira uma explicação de por que a hidrogenação para neste ponto. Veja seção 15.12.

(d) O nitreto de boro pode formar nanotubos, mas não forma esferas semelhantes ao buckminsterfullereno. Sugira uma razão para isso.

(e) Na forma cristalina cubica, os átomos de nitrogênio de BN formam uma célula unitária cúbica de face centrada na qual metade dos interstício tetraédricos é ocupada por átomos de B ( se todos os átomos de B e de N fossem substituídos por átomos de carbono, reslutaria um estrutura tipo diamente). Calcule a densidade do BN cubico se o comprimento da aresta da célula unitária é 361,5 pm.

(f) A densidade do BN hexagonal é 2,29 g.cm-3. Que forma é favorecida em temperatura elevadas, hexagonal ou cúbica?

Letra (b)

Um tubo com um diâmetro de cerca de 1,3nm terá uma circunferência de 2r ou d. Assim, a circunferência de um nanotubo de de diâmetro será ()(.

A distância total de um carbono ao carbono oposto no anel será ser dado por d - 142 pm + 2 (142 pm x sin 30 °) = 284 pm. Uma unidade de repetição será um anel de benzeno mais uma ligação C-C, 284 pm + 142 pm = 426 pm ou 4,26 x . Existem, portanto, cerca de = 10 de unidades unidas ao redor da menor nanotubo conhecido.

Letra (c)

Em C60, os átomos de carbono são sp2-hibridizados e são quase planares. No entanto, a curvatura da molécula introduz alguma tensão no átomos de carbono para que haja alguma tendência para alguns dos átomos de carbono sofrer conversão para hibridação sp3. No entanto, para fazer todos os o carbono s / f-hibridizado introduziria muito mais pressão sobre o carbono gaiola e, após um certo ponto, a adição adicional de hidrogênio se torna desfavorável.

Letra (d)

As estruturas esféricas requerem a formação de anéis de cinco membros (sec estrutura 10, C7; i). O nitreto de boro não pode formar esses anéis porque eles exigiria ligações boro-boro ou nitrogênio-nitrogênio de alta energia.

Letra (e)

A célula unitária descrita conterá um total de 4 átomos de B e 4 átomos de N. O volume da célula é . A massa na célula unitária será Logo, a densidade será dada por:

Letra (f)

Como a densidade do nitreto cúbico de boro é maior que a densidade hexagonal BN, esperamos que a forma cúbica seja favorecida em alta exatamente como as pressões cúbica (diamante) e hexagonal (grafite) formas de carbono.