Estruturas de fulerenos: explorando uma interface entre a matemática e a química no Ensino Superior

Abstract

The objective of this paper is to study fullerene geometry properties and attempt to stablish a dialogue between the teaching of mathematics and chemistry concepts using hands-on cardboard geometric models, in classroom, in order to facilitate the understanding of fullerene structures. This approach to the study of such molecules represents a unique opportunity to explore a complex and rich array of concepts that are essential to the teaching of chemistry at university level and have to be applied by the students along their course. At the same time the study of fullerenes can also profit from a mathematics approach to it, especially from a geometry perspective as argued here. In our research, the use of paper-made geometric models has proven to help the students to visualize and understand such molecular structures, their chemical bonds and their physical-chemical properties. These models have also contributed to overcome representational constraints of such tiny structures, which often come close to a "quasi-abstract' dimension, in a scale that can be manually handled by the students and at the same time played into multiple possible variations that allow them to test concepts and compare different molecular structures and arrangements.Keywords: fullerene; molecular geometry; higher education chemistry. INTRODUÇÃODescoberto em 1985 pelo inglês Harold W. Kroto e os americanos Robert F. Curl e Richard E. Smalley, os fulerenos (chamados inicialmente de buckminsterfulereno, em homenagem ao arquiteto estadunidense Richar Buckminster Fuller (1895Fuller ( -1983, por seus trabalhos com cúpulas geodésicas) têm revelado ser um promissor campo de pesquisa e aplicação em diversas áreas da Química. Empregados no desenvolvimento de novos materiais, demonstrando, inclusive, atividade antioxidante, neuroprotetora, antimicrobiana e antirretroviral, o grupo de nanomoléculas esferoidais constituídas apenas por átomos de carbono (C), figurou o Prêmio Nobel de Química de 1996. 1 Previstos desde 1966 por cálculos teóricos, a existência de "gaiolas" estáveis formadas exclusivamente por carbonos somente foi confirmada em 1990 pelo especialista em cromatografia Roger Taylor, o qual obteve amostras puras de C 60 e C 70 . Foi também neste ano o desenvolvimento, por Krätschmer, 2 de um método para a síntese de C 60 em quantidades "macroscópicas", representando uma etapa decisiva para o campo que se tornou, nos últimos 25 anos, um dos maiores temas da química contemporânea com reflexos importantes nas áreas de supercondutividade, biologia e ciência dos materiais. 1Tema de nove entre dez artigos mais citados na área de Química, e de todos os dez em 1992, a terceira forma alotrópica do C -e a primeira molecular -vem despertando grande interesse de pesquisadores. Os trabalhos sobre fulerenos oportunizaram, também, o surgimento de novas técnicas de produção de nanotubos de ponta aberta, o que tem se tornado um novo campo de investigação.Vale destacar que o estudo destes compostos exibe uma riqueza conceitual que pode ser explorada e utilizada...