Wzór grafitowy. Alotropia węgla
Każdy z nas użył prostego ołówka z grafitowym prętem. Jego ślad na papierze to nic innego jak węgiel. W naszym artykule dowiesz się, jaka jest formuła grafitu, jego właściwości fizyczne i chemiczne.
Pozycja węgla w układzie okresowym
Węgiel - pierwiastek czwartej grupy, drugi okres układu okresowego pierwiastków chemicznych DI Mendelejewa. Jest organogenny. Ta grupa obejmuje także tlen, azot i wodór. Oznacza to, że są one częścią wszystkich żywych organizmów na planecie, tworząc ich podstawę.
Ta pozycja określa strukturę atomu węgla. Na jego zewnętrznej stronie poziom energii są cztery elektrony. Oznacza to, że dany pierwiastek chemiczny może manifestować się zarówno dodatnim, jak i ujemnym. stan utleniania (+4 lub - 4).
Pojęcie alotropii
Wzór grafitu pokazuje, że tylko węgiel w postaci wolnej jest częścią tej substancji. Chociaż w przyrodzie często występuje w postaci związków. Takimi przykładami są dwutlenek węgla i tlenek węgla wapień, kreda, marmur.
Faktem jest, że formuła grafitu w chemii jest taka sama jak diamentu. Czy to możliwe? Okazuje się, że substancje o tym samym składzie mają zupełnie inne właściwości. Zjawisko to nazywa się alotropią. Może to wynikać z liczby atomów w cząsteczce substancji lub ich rozmieszczenia przestrzennego. Przykładem pierwszego przypadku jest tlen. Jeśli w cząsteczce znajdują się dwa atomy tego pierwiastka, powstaje tlen, a trzy są ozonem.
Wzór grafitowy w chemii
Alotropia węgla jest przestrzenna. Zwróć uwagę na obrazek poniżej. Pierwszą z nich jest formuła grafitowa. Atomy węgla tworzą warstwy, które znajdują się w znacznej odległości od siebie. Dlatego połączenie między nimi nie jest silne. Za każdym razem, trzymając grafitowy pręt na papierze, zostawiamy na nim warstwę węgla.
W sieć krystaliczna diament (pokazuje cyfrę po prawej) odległość między atomami w węzłach równo we wszystkich kierunkach. Taka struktura zapewnia wytrzymałość połączeń. Diament jest najtrudniejszą substancją. Uważa się, że nie można go złamać.
Grafit: wzór, właściwości chemiczne i fizyczne
Jak już powiedzieliśmy, grafit to węgiel. W związku z tym jest napisany w chemii jako C. Pomimo faktu, że wzór diamentu i grafitu jest podobny w składzie jakościowym, te substancje mają znaczne różnice w właściwościach. Wynika to z różnych przestrzennych układów atomów węgla w ich cząsteczkach.
Grafit to miękka, szara substancja o metalicznym połysku. Bez wysiłku rozpływa się na małe płytki i przewodzi prąd elektryczny. Naukowcy udowodnili, że jeśli grafit zostanie podgrzany do 1600 stopni Celsjusza pod ciśnieniem 104 MPa w obecności katalizatorów, zamieni się w diament. W ten sposób w branży otrzymują sztuczną biżuterię.
Grafit nie jest substancją chemicznie aktywną. Reaguje tylko z pewnymi solami i metalami alkalicznymi. Produkty takich reakcji są podobnymi inkluzjami. Spalanie grafitu w tlenie występuje tylko w bardzo wysokich temperaturach z powstawaniem dwutlenek węgla. Jednak wchodzi w reakcję fluorowania. Daje to biały proszek, którego struktura zmienia się w zygzak, uzyskując lepsze właściwości smarujące w porównaniu do konwencjonalnego grafitu.
Różnice w modyfikacjach węgla
Ale diament jest stałą przezroczystą i bezbarwną substancją, która nie przewodzi prądu elektrycznego. Chociaż czasami w przyrodzie występują różowe, żółtawe, niebieskie lub zielone minerały. Formuła diamentu i grafitu w chemii jest jednakowo reprezentowana przez węgiel - C. Jednak ze względu na swój sześcienny system krystaliczny, substancja ta jest zarówno stała, jak i krucha. Przetworzone diamenty nazywane są diamentami. Zaskakujące jest również to, że w przyrodzie niemożliwe jest znalezienie dwóch identycznych kamieni. Być może dlatego w tłumaczeniu z języka greckiego nazwa tej substancji oznacza "niedościgniony".
Alotropia węgla
Strukturalna formuła grafitu może być sztucznie modyfikowana. Z tego powodu uzyskano całą serię allotropowych modyfikacji węglowych. Są to karbin, grafen i fulereny.
Pierwsza substancja ma liniową strukturę atomów węgla. Mogą być połączone przez podwójne lub przemienne potrójne i pojedyncze wiązania. Carbin to czarny proszek o drobnokrystalicznej strukturze. Jego unikalną cechą jest całkowita zgodność z tkankami ludzkiego ciała. Dzięki temu karbin jest używany do produkcji sztucznych naczyń krwionośnych.
Grafen to jednowarstwowa substancja również złożona z węgla. Taka konstrukcja sprawia, że jest ona najbardziej wytrzymała i cienka. Grafen jest wykorzystywany w różnych dziedzinach nanotechnologii: precyzyjne tworzenie instrumentów, sztuczne membrany, czujniki.
Od atomów węgla to kolejna alotropowa modyfikacja węgiel-fulerenów. Ich cząsteczki są sferyczne lub eliptyczne z wewnątrz jamy. Fulereny powstają z oparów grafitu podczas dalszej obróbki laserowej. Jest używany jako półprzewodnik, fotorezystor, ogniwo baterii i akumulatorów elektrycznych, katalizator do wzrostu filmu diamentowego.
Dlatego w naszym artykule dokonaliśmy przeglądu cech strukturalnych grafitu. Ta substancja składa się z atomów węgla. Tworzą oddzielne warstwy, których połączenia nie są bardzo silne. Dlatego grafit jest miękki, łatwo odrywa się w kierunku poziomym, ma szary kolor z metalicznym połyskiem i dobrze przewodzi prąd.