Fisica Ii

1. Grafeno: a. Realice una representación gráfica de la estructura molecular del grafeno.
Desde un punto de vista estructural los átomos de carbono se organizan en el grafeno de una manera muy similar a la conocida para el grafito. Cada átomo está unido a otros tres con hibridación sp2, los cuatro de encuentran unidos en el mismo plano mediante fuertes enlaces covalentes no polares de tiposigma, generando una estructura laminar cuyo patrón hexagonal es parecido a un panal de abejas.

El grafeno consiste en una única y finísima lámina constituida por una red bidimensional de un sólo átomo de grosor lo que le otorga unas propiedades espectaculares.

b.- ¿Por qué hasta el año 2004 no se creía posible su existencia como entidad aislada? El grafeno es una lámina monoatómica plana deátomos de carbono unidos mediante enlaces covalentes sp2 (monocapa de grafito). Ha sido empleado durante las últimas décadas como modelo teórico de estudio de diversos materiales grafíticos, permitiendo explicar muchas de sus propiedades. A pesar de esto, hasta el año 2004 no se creía posible su existencia como entidad aislada, ya que se suponía que los cristales estrictamente bidimensionales erantermodinámicamente inestables. Esta inestabilidad sería debida a una contribución divergente de las fluctuaciones térmicas en redes cristalinas de baja dimensionalidad que teóricamente produciría desplazamientos atómicos comparables a las distancias interatómicas a cualquier temperatura finita, dando lugar a la desintegración del cristal. Numerosas pruebas experimentales apoyaban esta hipótesis,entre ellas el hallazgo de que la temperatura de fusión de láminas delgadas decrece rápidamente al disminuir su espesor, lo que provoca que el filme se vuelva inestable para grosores correspondientes a aproximadamente una docena de monocapas. Esto fuerza en general a los cristales bidimensionales a tomar una variedad de estructuras tridimensionales que les proporcionen estabilidad a costa de lapérdida de la bidimensionalidad. De esta manera, se suponía que el grafeno únicamente podía existir como constituyente básico de otros materiales Konstantin Novoselov grafíticos, aunque sin poseer una entidad real como objeto aislado. Sin embargo, en el año 2004 un grupo de científicos encabezados por A.K. Geim y K.S. Novoselov fueron capaces de obtener e identificar por vez primera láminas individualesde grafeno junto con otros cristales bidimensionales. Partiendo de una pieza de HOPG, emplearon un procedimiento conocido como exfoliación micromecánica (micromechanical cleavage). Este Andre Geim método, que se basa en la relativa debilidad de la interacción entre las láminas de grafeno que conforman el grafito, consiste básicamente en la exfoliación repetida de la pieza de grafito empleandocinta adhesiva.

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Existen varias hipótesis para tratar de explicar la imprevista estabilidad de estas láminas aisladas. Por un lado, las láminas provienen de una estructura tridimensional previa, lo cual, unido a sus pequeños tamaños laterales y a la fuerza de los enlaces covalentes entre los átomos de carbono, presumiblemente las hace resistentes a las fluctuaciones térmicas. Por otro lado, lasondulaciones microscópicas que presentan las láminas podrían contribuir a su estabilidad, aparte de dar cuenta de algunas otras propiedades del grafeno.

c.- ¿Qué relación existe entre el grafeno y el grafito? Tanto la estructura como las propiedades del grafito son una consecuencia directa de la hibridación sp2 del átomo de carbono. El grafito presenta una estructura laminar en la cual cadauna de las láminas es conocida como grafeno. Éste está compuesto por átomos de carbono formando una red hexagonal plana. El grafeno es un material puramente bidimensional que puede ser considerado como el constituyente básico de los materiales de carbono grafiticos (basados en la hibridación sp2), desplegando una completa variedad dimensional, desde los fulerenos adimensionales hasta el grafito...