Simulações revelam por que o grafite pode surgir onde o diamante deveria se formar
A mesma substância que escreve no papel pode ser a chave para entender por que diamantes nem sempre se formam, mesmo sob condições ideais. Um novo estudo, publicado na Nature Communications por pesquisadores das universidades de Yale e George Washington, desafiou suposições antigas sobre a formação do grafite e do diamante a partir do carbono líquido.
Utilizando simulações moleculares avançadas, alimentadas por inteligência artificial, a equipe observou um comportamento inesperado: o grafite se cristalizou espontaneamente em condições nas quais o diamante deveria ser a fase estável. A descoberta oferece novos caminhos para compreender desde a formação de diamantes naturais até o aprimoramento da produção industrial para usos tecnológicos avançados, como a computação quântica.
O enigma da cristalização do carbono
A formação de grafite ou diamante depende de como o carbono fundido cristaliza em temperaturas e pressões extremas, semelhantes às do interior da Terra. Mas observar esse processo em laboratório é desafiador, pois ele acontece rapidamente e sob condições difíceis de replicar.
Para contornar isso, os cientistas simularam digitalmente o resfriamento do carbono líquido de 5.000 K a 3.500 K, sob pressões que variaram de 5 a 30 gigapascais (GPa). Eles esperavam encontrar carbono amorfo ou diamante — mas, para surpresa da equipe, o grafite se formou espontaneamente mesmo a pressões de até 15 GPa, onde teoricamente o diamante deveria prevalecer.
“Isso nos surpreendeu, porque geralmente é preciso aplicar técnicas artificiais para forçar a cristalização nas simulações”, explicou Giulia Donadio, da UC Davis.
Por que o grafite aparece primeiro
A resposta pode estar na chamada regra do passo de Ostwald, que sugere que materiais muitas vezes se formam por meio de fases intermediárias — mesmo instáveis — antes de alcançar sua forma mais estável. No caso, o grafite atua como trampolim para o diamante, pois sua estrutura é mais parecida com a do carbono líquido.
“O carbono líquido encontra um caminho mais fácil ao formar grafite primeiro, embora o diamante seja mais estável no final”, afirmou Tianshu Li, coautor do estudo.
As simulações revelaram ainda diferenças claras nas estruturas moleculares: o grafite se formava em padrões colunados e expansivos, enquanto o diamante surgia a partir de cristais mais densos e compactos.
Impactos para ciência e tecnologia
A descoberta ajuda a esclarecer resultados contraditórios de experimentos com carbono em alta pressão, fornecendo uma base teórica mais sólida para a cristalização do material. Também lança luz sobre por que diamantes naturais são tão raros, apesar de as condições geológicas parecerem favoráveis.
Além de implicações para a geologia e o ciclo profundo do carbono, os dados podem beneficiar a síntese industrial de diamantes, usada em componentes eletrônicos, ópticos e até sistemas quânticos, que exigem cristais com alta precisão estrutural.
“A cristalização é central para muitas tecnologias modernas, e o diamante é um material-chave. Este trabalho ajuda a explicar por que encontramos grafite onde esperaríamos diamante”, conclui Donadio.
Fonte científica:
Metaestabilidade e regra do passo de Ostwald na cristalização de diamante e grafite a partir de carbono fundido, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-61674-5
Publicação original: Universidade da Califórnia, Davis.
