W tym artykule „struktura grafitu” różne właściwości, takie jak właściwości strukturalne, charakterystyka, zastosowania z pewnymi istotnymi tematami, omówiono poniżej.
Grafit jest również znany jako ołów lub czarny ołów i jest minerałem składającym się z węgla. Ma dwuwymiarową strukturę warstwową z pierścieniami sześciu atomów węgla. Grafit krystalizuje w układach heksagonalnych. Jest stosunkowo miękki i ma szaroczarny kolor.
Skupmy się na następujących tematach związanych ze strukturą grafitu.
Jaka jest struktura grafitu?
Grafit jest w zasadzie jednym z najbardziej stabilnych alotropów węgla. Jest dobrym przewodnikiem prądu i ciepła o gęstości 2.09-2.23 g/cm3 o wielkiej strukturze kowalencyjnej, w której każdy atom węgla jest połączony z sąsiednimi trzema atomami węgla.
W graficie każdy z atomów węgla jest sp2zhybrydyzowany, który tworzy strukturę podobną do warstwy z układem heksagonalnego układu atomów węgla. Warstwy te są ze sobą słabo związane. Ze względu na obecność słabej siły między warstwami bardzo łatwo się ślizgają.
Węgiel ma cztery elektrony walencyjne, a jeden atom węgla jest związany z kolejnymi trzema atomami węgla, w ten sposób jeden elektron walencyjny pozostaje i ten elektron walencyjny jest zdelokalizowany w strukturze.
Kredyt obrazu: Wikimedia Commons.
Jak narysować strukturę grafitu Lewisa?
Do poznaj lewisów struktury dowolnej cząsteczki, najpierw należy określić składowe atomy tej cząsteczki. Faktyczna struktura Lewisa grafitu jest bardzo złożona ze względu na strukturę warstwową.
Grafit składa się tylko z atomu węgla, w którym jeden atom węgla jest połączony z kolejnymi trzema atomami węgla. Tak więc jeden z czterech elektronów walencyjnych pozostaje jako niewiążąca para elektronów. Łącznie 3*2=6 elektronów z każdego atomu węgla bierze udział w wiązaniu par elektronów.
Grafitowa struktura Lewisa formalny ładunek
Do znać formalny ładunek dowolnej cząsteczki, określenie konstrukcji jest bardzo obowiązkowe. Ale struktura grafitu jest bardzo złożona, ponieważ ma strukturę warstwową. Tak więc, aby uprościć określenie struktura Lewisa wybraliśmy tylko jeden fragment grafitu zawierający trzy atomy węgla.
- Ładunek formalny = całkowita liczba elektronów walencyjnych – liczba elektronów pozostaje niezwiązanych – (liczba elektronów biorących udział w tworzeniu wiązania/2)
- Ładunek formalny centralnego atomu węgla = 4 – 1 – (4/2) = 1
W ten sposób jeden elektron pozostaje jako elektrony niewiążące i zostaje zdelokalizowany nad strukturą.
Grafitowy kąt struktury Lewisa
Kąt wskazuje zasadniczo kąt między dwoma wiązaniami łączącymi się centralnym atomem. Kąt wiązania zależy od hybrydyzacji centralnego atomu dowolnej cząsteczki bardziej niż czynników odpychania obecnych w tej konkretnej cząsteczce.
Te czynniki odpychania to:
- Samotna para-samotna para odpychająca
- Samotna para - odpychanie pary obligacji
- Odpychanie parą wiązań.
Hybrydyzacja jest głównym czynnikiem określającym kąt wiązania.
| Hybrydyzacja centralnego atomu | Kąt wiązania |
| sp | 1800 |
| sp2 | 1200 |
| sp3 | 109.50 |
| sp3d2 | 900 |
W graficie jeden orbital s i dwa p są zaangażowane w sp2hybrydyzacja. Z powyższej tabeli wynika, że kąt wiązania wyniesie 1200 a długości wiązania wynoszą 1.421 A0.
Grafitowa reguła oktetu struktury Lewisa
Reguła oktetu jest jedną z najważniejszych zasad w chemii nieorganicznej, w której stwierdza się, że każdy atom powinien mieć taką konfigurację elektronową, która przypomina konfigurację elektronową najbliższego gazu szlachetnego w układzie okresowym.
Z jednego punktu widzenia grafit nie podlega regule oktetów. Dlatego nie powinien być stabilny. Jednak eksperymentalnie wykazano, że stabilność grafitu jest bardzo wysoka. Ponieważ dodatkowy lub niezwiązany elektron w strukturze grafitu jest zdelokalizowany na wszystkie atomy węgla.
Dlatego grafit jest stabilny, choć nie spełnia reguły oktetów.
Zasadniczo reprezentujemy zdelokalizowany elektron jako wiązanie podwójne i zapisujemy strukturę z alternatywnym wiązaniem podwójnym. Ale gdy to podwójne wiązanie się obróciło, wszystkie długości wiązań stają się równe.
Grafitowa struktura Lewisa samotne pary
Grafit nie ma samotnej pary elektronów. Samotne pary to takie elektrony walencyjne, które nie biorą udziału w tworzeniu wiązań.
Węgiel ma łącznie cztery elektrony w najbardziej zewnętrznej powłoce. Spośród czterech elektronów trzy elektrony biorą udział w tworzeniu wiązania trój sigma. Elektron, który pozostaje, nie może być liczony jako samotne pary lub elektrony niezwiązane, ponieważ ten elektron tworzy wiązanie pi z innym atomem węgla. To wiązanie pi lub lewy elektron jest zdelokalizowany na całej strukturze i pomaga grafitowi przewodzić ciepło i elektryczność.
Rozpuszczalność grafitu
Grafit jest jednym z najlepszych źródeł węgla, ale jest nierozpuszczalny w większości rozpuszczalników organicznych i nieorganicznych. Jeśli grafit sonikujemy przez długi czas, to może on być rozpuszczalny zdyspergowany w niektórych rozpuszczalnikach organicznych z odpowiednią ilością dodatków.
Ale ten proces (długotrwała sonikacja) powoduje powstawanie defektów i pęknięć w strukturze grafitu. Poza tym grafit w stanie stałym nie jest rozpuszczalny w większości rozpuszczalników polarnych i niepolarnych. Ale może rozpuszczać się w stopionym niklu i kwasie chlorosiarkowym. Stały grafit może być zawieszony za pomocą emulgatora w oleju lub w wodzie.
Czy grafit jest silnym elektrolitem?
Silne elektrolity można zdefiniować jako te substancje, które po rozpuszczeniu w wodzie można zdysocjować na składowe jony.
Grafit nie rozpuszcza się w wodzie ze względu na swoją strukturę. Nie może więc być elektrolitem, ponieważ nie można go rozdzielić na jony. Ale może przewodzić elektryczność dzięki samotnym elektronom, które są zdelokalizowane po całej strukturze grafitu.
Czy grafit jest kwaśny czy zasadowy?
Jeśli grafit traktuje się silnymi utleniaczami i kwasami, tlenek grafitu można otrzymać jako produkt, który dawniej był znany jako tlenek grafitu lub kwas grafitowy.
W strukturze tlenku grafitu stosunek węgla do tlenu wynosi od 2.1 do 2.9. W związku tym zachowana jest warstwowa struktura grafitu, ale o znacznie większych i nieregularnych odstępach. Wykazuje właściwości kwasowe.
Czy grafit jest polarny czy niepolarny?
Biegunowość dowolnej struktury molekularnej zależy od następujących dwóch czynników:
- Różnica elektroujemności między atomami
- Orientacja wiązań.
Grafit składa się wyłącznie z atomów węgla. Zatem elektroujemność wszystkich atomów składowych jest równa i nie obserwuje się różnicy elektroujemności w strukturze grafitu.
Z tego powodu grafit nie wykazuje żadnego momentu dipolowego. Jest to więc cząsteczka niepolarna.
Czy grafit jest magnetyczny?
Grafit nie jest składnikiem magnetycznym. Element magnetyczny można podzielić na następujące sekcje:
- Paramagnetyczny
- Diamagnetyczny
- Ferromagnetyczny
- Ferrimagnetyczny
Każdy atom węgla sześć elektronów (1s22s22p2). Trzy z tych sześciu elektronów wykazują kierunek spinu w górę, a kolejnych sześć elektronów wykazuje kierunek spinu w dół, który jest anulowany przez kierunek spinu w górę. Nie wykazuje więc żadnego magnetyzmu i jest odpychany przez zewnętrzne pole magnetyczne.
Ale jeśli grafen jest skręcony lub ułożony w stos, może rozwinąć się rzadka forma magnetyzmu.
Czy grafit jest metaliczny czy niemetaliczny?
Grafit jest jednym z alotropy węgla. Jest to więc substancja niemetaliczna. Posiada kowalencyjnie związaną strukturę warstwową.
Ale jedną z najważniejszych cech metalu jest przewodzenie prądu i ciepła. Grafit może również przewodzić ciepło i elektryczność dzięki zdelokalizowanemu elektronowi. Główną różnicą w stosunku do metalu jest to, że wolne elektrony są również obecne w metalach i są przenoszone przez całą strukturę. Ale wolne elektrony z jednej warstwy są zdelokalizowane na jednej warstwie struktury grafitu, a nie na drugiej warstwie.
Czy grafit jest kruchy?
Grafit jest naturalnie bardzo kruchym związkiem ze względu na swoją strukturę.
W graficie jeden atom węgla jest połączony z kolejnymi trzema atomami węgla trzema wiązaniami kowalencyjnymi w dwuwymiarowej „sieci warstwowej”. Poszczególne warstwy są mocne ze względu na obecność trzech silnych wiązań kowalencyjnych, ale warstwy w graficie można rozdzielić stosując najmniejsze zakłócenia, ponieważ warstwy są połączone ze sobą słabą siłą Van der Waalsa.
Grafit jest więc substancją miękką i kruchą.
Czy grafit jest krystaliczny czy amorficzny?
Grafit to krystaliczny alotrop węgla podobny do diamentu.
Związki krystaliczne to te, w których wiele atomów (ponad 1000 atomów) jest połączonych w powtarzający się wzór. W graficie również przestrzegany jest określony wzór strukturalny. Jedna warstwa leży na drugiej warstwie i jest mocowana siłą Weal van der Waals. W jednym fragmencie grafitu jeden węgiel jest połączony z sąsiednimi trzema atomami węgla trzema silnymi wiązaniami kowalencyjnymi.
Czy grafit jest lżejszy od stali?
Wały grafitowe są znacznie lżejsze od stali, a także droższe. Wały wykonane ze stali są cięższe niż grafit.
Jednym z głównych powodów, dla których stal jest ciężka, jest to, że jest stopem węgla i żelaza. Tak więc w stali występuje jedna substancja metaliczna. Ale grafit jest tylko alotropem węgla. Dzięki temu jest lżejszy od stali ze względu na brak jakiejkolwiek metalicznej substancji.
Czy grafit jest radioaktywny?
Zwykły grafit jest znacznie mniej radioaktywny. Ponieważ na jeden gram węgla przypada jeden pikogram (10-12) ilość węgla jest radioaktywna (węgiel-14). Ten 14C jest radioaktywny, ponieważ emituje promienie beta, aby stać się 14N.
Zastosowania grafitu
Grafit ma różne zastosowania w przemyśle, takich jak:
- Materiały piśmiennicze – Ołówki wykonane są z grafitu.
- Jako smary
- Oporny
- Reaktor nuklearny
- baterie
- Arkusze grafenowe
- Okładziny odlewnicze
- Okładziny hamulcowe
Grafit zawiera strukturę warstwową i jest jednym z najbardziej stabilnych alotropów węgla. Ta niemetaliczna substancja może przewodzić elektryczność dzięki swobodnym zdelokalizowanym elektronom. Jest to miękka i krucha mieszanka o wielu zastosowaniach w przemyśle.
Przeczytaj więcej o następującej strukturze i cechach
Cześć,
Nazywam się Aditi Ray i jestem MŚP z branży chemicznej na tej platformie. Ukończyłem studia z chemii na Uniwersytecie w Kalkucie oraz studia podyplomowe na Uniwersytecie Techno India ze specjalizacją w chemii nieorganicznej. Bardzo się cieszę, że jestem częścią rodziny Lambdageeks i chciałbym w prosty sposób wyjaśnić temat.
Połączmy się przez LinkedIn-https://www.linkedin.com/in/aditi-ray-a7a946202