Alotropia węgla: diament, grafit i grafen
Chemia
Zestaw wyjaśnia, na czym polega alotropia węgla oraz czym różnią się diament, grafit i grafen pod względem budowy, właściwości i zastosowań. Nauczysz się łączyć typ sieci krystalicznej z takimi cechami jak twardość, przewodnictwo elektryczne i wykorzystanie tych odmian w praktyce.
1.Alotropia
Zjawisko występowania tego samego pierwiastka chemicznego w kilku odmianach różniących się budową wewnętrzną, a przez to także właściwościami fizycznymi i chemicznymi. W przypadku węgla do najważniejszych odmian należą diament, grafit i grafen.
2.Diament
Odmiana alotropowa węgla o budowie przestrzennej, w której każdy atom węgla jest połączony z czterema innymi atomami. Tworzy bardzo twardą, trwałą sieć kowalencyjną. Diament nie przewodzi prądu elektrycznego i ma bardzo dużą twardość.
3.Grafit
Odmiana alotropowa węgla zbudowana z warstw atomów. W każdej warstwie atom węgla łączy się z trzema innymi, a między warstwami działają słabe oddziaływania. Dlatego grafit jest miękki, łupliwy i przewodzi prąd elektryczny.
4.Grafen
Pojedyncza warstwa atomów węgla ułożonych w regularną sieć sześciokątów. Można go traktować jako jedną warstwę grafitu. Jest bardzo wytrzymały, cienki i dobrze przewodzi prąd oraz ciepło.
5.Sieć kowalencyjna
Rodzaj budowy ciała stałego, w którym atomy są połączone wiązaniami kowalencyjnymi w rozległą strukturę. W diamentzie taka sieć obejmuje całą bryłę, co odpowiada za jego wyjątkową twardość.
6.Budowa warstwowa grafitu
W graficie atomy węgla tworzą płaskie warstwy. Wewnątrz warstwy wiązania są mocne, ale między warstwami oddziaływania są znacznie słabsze. To powoduje miękkość grafitu i możliwość wykorzystania go np. w ołówkach.
7.Przewodnictwo grafitu
Grafit przewodzi prąd elektryczny, ponieważ w jego strukturze występują elektrony mogące przemieszczać się w obrębie warstw. To odróżnia go od diamentu, który nie ma takich swobodnie poruszających się elektronów.
8.Twardość diamentu
Bardzo duża twardość diamentu wynika z tego, że każdy atom węgla jest silnie związany z czterema sąsiadami w całej przestrzennej sieci. Rozerwanie lub przesunięcie takiej struktury wymaga dużej energii.
9.Grafen a grafit
Grafen jest pojedynczą warstwą atomów węgla, natomiast grafit składa się z wielu takich warstw ułożonych jedna na drugiej. Obie odmiany mają podobny układ atomów w warstwie, ale różnią się liczbą warstw i właściwościami makroskopowymi.
10.Przewodnictwo diamentu
Diament nie przewodzi prądu elektrycznego w typowych warunkach szkolnych, ponieważ wszystkie elektrony biorą udział w tworzeniu wiązań i nie mogą swobodnie się przemieszczać w krysztale.
11.Zastosowania diamentu
Diament wykorzystuje się w jubilerstwie oraz do wyrobu narzędzi tnących i ściernych. Wynika to z jego połysku, trwałości i bardzo dużej twardości.
12.Zastosowania grafitu
Grafit stosuje się m.in. do produkcji wkładów ołówkowych, elektrod i smarów. Jego użyteczność wynika z miękkości, warstwowej budowy oraz zdolności przewodzenia prądu.
13.Zastosowania grafenu
Grafen jest materiałem perspektywicznym dla elektroniki, czujników i nowoczesnych materiałów kompozytowych. Łączy bardzo małą grubość z dużą wytrzymałością i dobrym przewodnictwem.
14.Odmiany alotropowe węgla
Różne postacie tego samego pierwiastka, w których atomy są inaczej rozmieszczone i połączone. U węgla prowadzi to do powstania substancji o skrajnie odmiennych właściwościach, mimo identycznego składu pierwiastkowego.
Quizy w tym zestawie
16 pytań w 2 etapach — odblokujesz je po dodaniu zestawu