El pasado febrero de 2016 se publicó en La Vanguardia una entrevista realizada a Frank Koppens [1], un físico que trabaja en el Institut de Ciències Fotòniques (ICFO) que ha dedicado su carrera profesional al estudio del grafeno. Este físico considera el grafeno como una “joya” que tiene entre sus manos, al poseer este material unas propiedades físicas extraordinarias y un potencial económico superlativo. Como explica el científico en la entrevista, el grafeno es un material compuesto por átomos de carbono, así como el diamante o el grafito, pero a diferencia de éstos el grafeno es plano, al ser una lámina de carbono de un sólo átomo de grosor.

Actividad propuesta para los alumnos/as

Objetivos:

  • Entender el concepto de alótropo.
  • Conocer las distintas formas alotrópicas del carbono.
  • Conocer y distinguir los distintos tipos de enlace: covalente y de Van der Waals.
  • Encontrar la relación que existe entre la estructura de un material y sus propiedades físico-químicas.
  • Aprender el concepto de aromaticidad y orbitales electrónicos.
  • Trabajar el autoaprendizaje; adquirir conocimiento a partir del estudio del material bibliográfico proporcionado, tanto audiovisual como escrito.

Descripción de la actividad:

Lee la entrevista realizada a Frank Koppens sobre el grafeno y responde a las siguientes cuestiones. Puedes ayudarte con las explicaciones que se encuentran en dos videos: el primero habla de un experimento para obtener grafeno a partir del grafito [2] y el segundo explica la estructura del diamante y el grafito [3]. (Si se requiere información adicional se pueden consultar otras fuentes bibliográficas, siempre y cuando se referencien en el texto.)

  1. ¿Qué es un alótropo? ¿Cuáles son las variedades alotrópicas del carbono?
  2. Describe la estructura del grafeno, el grafito y el diamante indicando el tipo de enlaces que hay en sus estructuras y represéntalas.
  3. ¿Qué es un anillo aromático? ¿En cuál de los materiales (grafeno, grafito y diamante) está presente? ¿Cómo están distribuidos los electrones en el anillo, de forma localizada o deslocalizada? Dibuja los orbitales sp2* del carbono en las estructuras que has representado en la pregunta anterior e indica la localización de los electrones en ellos.
  4. Clasifica estos materiales en dos grupos: conductores y no-conductores. Grafeno, grafito y diamante.
  5. Relaciona el concepto de aromaticidad con la conductividad eléctrica.
  6. Explica el experimento que propone J. Angel Menéndez para obtener grafeno a partir del grafito de un lápiz de escribir.

Criterios de evaluación:

En esta actividad se evaluarán los puntos que se presentan a continuación:

  • La comprensión de que el grafeno es una variedad alotrópica del carbono, así como el diamante, el grafito, los fulerenos y los nanotubos. Se valorará positivamente que los alumnos propongan estos dos últimos nanomateriales como ejemplos de alótropos del carbono.
  • La capacidad de argumentar la relación entre la estructura y las propiedades de un material, como su dureza, flexibilidad o conductividad.
  • La habilidad del alumno/a de representar la disposición electrónica en los orbitales sp2 del carbono en el grafeno y de razonar su relación con la conductividad.
  • La redacción cuidada del texto y el correcto uso de la bibliografía y documentación aportada.

Bibliografía

[1] http://www.lavanguardia.com/vida/20160206/301941269399/el-grafeno-cambiara-nuestras-vidas.html.

[2] https://m.youtube.com/watch?v=mqjdrqOqAYI

[3] https://m.youtube.com/watch?v=T92WuhB6HrM

Notas adicionales:

El concepto de los orbitales sp2 del carbono se tendría que adaptar según el temario curricular de la asignatura.

Anuncios