Varför är grafit mjuk, men diamant är så svårt?

How To Make Sure You Buy The Correct Irons For Your Golf Swing (Maj 2019).

Anonim

Diamant och grafit är två allotropar av samma element (kol) och skillnaderna i deras egenskaper är ett resultat av hur kristallstrukturerna är ordnade. Både diamant och grafit är gjorda av rent kol, men de har dramatiska skillnader i deras egenskaper. Som allotrop av samma element, kan du förvänta dig att de delar många likheter, men det är helt enkelt inte så.

Först kan den här frågan vara märklig för många människor. Diamant och grafit

.

låter inte som en särskilt förnuftig kombination. Diamant och guld, eller diamant och safir skulle ge större mening, eller hur? Så varför är diamant pitted i samma kategori med grafit - det som vi hittar i våra pennor?

Tja, om du hade uppmärksammat dina kemi lektioner i gymnasiet, skulle du veta att det faktiskt finns en väldigt stark strukturell koppling mellan de två.

Vad är kopplingen mellan de två? Och varför är de så annorlunda från varandra?

Vad är allotrop?

De här delarna av dessa former (bollar) representerar atomer, och de olika formerna som de antar (på grund av deras varierade arrangemang) är allotroperna.

Allotropor av samma element har olika bindningsarrangemang, vilket ger upphov till olika kemiska och fysikaliska egenskaper för substansen. Vidare kan olika allotropar också skilja sig i förekomsten av molekyler i antalet atomer.

Följande bild presenterar olika allotroper av fosfor och syre.

Allotropar av kol

Från och med nu har inte mindre än 8 allotropar kol identifierats, och forskningen för att upptäcka ännu fler allotrop är på.

Olika kolorototoler (Foto Credit: Wikipedia)

Men av alla kända allotropar är de mest populära dem diamant och grafit. Dessa två allotrop, som visuellt uppträder otroligt olika, är fortfarande gjorda av inget annat än kol. Även om deras sammansättning är densamma, uppvisar de olika kemiska och fysikaliska egenskaper, tack vare arrangemanget av kolatomer i dem.

Varför är diamant hård, men grafit är mjuk, trots att den är sammansatt av samma element (kol)?

Detta kristallarrangemang är energiskt mycket fördelaktigt och ger den karakteristiska styrkan, hållbarheten och styvheten till diamant. Att klia eller bryta det kräver en hög mängd kraft, vilket gör det till ett av de hårdaste naturligt förekommande materialen på planeten.

Grafit har å andra sidan ett helt annat geometriskt arrangemang än diamant. Dess kolatomer är anordnade i 2D-ark, medan varje kolatom är bunden till tre andra kolatomer för att bilda sexkantiga ringar i en oändlig uppsättning. Fastän bindningen av atomer inom varje enskild skikt är kovalent och därför ganska stark (så stark som ses i diamant) är bindningen mellan skikten svag (Van der Waals-krafterna).

Resultatet av detta är att skikten glider över varandra och kan mycket enkelt lossna från varandra. Dessa svaga bindningar mellan de flera arken kolatomer gör att grafiten som används i pennor flakar på papper, så att du kan skriva. Förutom att det är mjukt och halt, har grafit också en mycket lägre densitet än diamant.

En sak om allt detta som förvånar mig mest, är hur några tweaks i kemiska strukturen hos identiska ämnen gör dem så massivt annorlunda i sitt utseende, seghet och kemiska egenskaper!