化学入門
学習目的
- 炭素の同素体の特性を説明します。
キーポイント
- ダイヤモンドは、硬度と光の高い分散を示す炭素のよく知られている同素体です。 それは最も堅く知られていた自然な鉱物で、切断、訓練、および宝石類の、そして潜在的な半導体材料として適用を見つけます。
- グラフェンは、一つの平面に配置された炭素原子の単層であり、グラフェンの層はグラファイトを構成しています。 グラフェンは、その高い電子移動度と電子工学におけるその可能性のある用途のために関心のある材料である。
- フラーレンは、炭素が中空の球、楕円体、または管の形をとる炭素同素体のクラスです。 このクラスの材料には、カーボンナノチューブ、バッキーボール、および新しく発見されたナノバッドが含まれます。
用語
- 同素体化学元素の異なる形態。同素性は、自然界に見られるとき、いくつかの化学元素が2つ以上の異なる形態、または同素体で存在する性質である。 炭素のいくつかの同素体があります。
炭素のCarbonAllotropesの同素体：a）ダイヤモンド、b）グラファイト、c）ロンスダレイト、d）C60（Buckminsterfullereneまたはbuckyball）、e）C540、f）C70、g）非晶質炭素、およびh）単壁カーボンナノチューブ、またはバッキートゥブ… ダイヤモンド
ダイヤモンドはおそらく最もよく知られている炭素同素体です。 炭素原子は格子状に配置されており、これは面心立方晶構造の変化である。 それは、その原子間の強い共有結合に由来するそのほとんどが、最上級の物理的性質を持っています。 ダイヤモンドの各炭素原子は、四面体の他の4つの炭素と共有結合しています。 これらの四面体は一緒に椅子の立体配座の六員炭素環の三次元ネットワークを形成し、ゼロ結合角ひずみを可能にする。 共有結合と六角形のリングのこの安定したネットワークは、ダイヤモンドが物質としてとても信じられないほど強い理由です。その結果、ダイヤモンドはあらゆるバルク材料の中で最も高い硬度と熱伝導率を示します。
その結果、ダイヤモンドはバルク材料の中で最も高い硬さと熱伝導率を示します。 さらに、その剛体格子は、多くの要素による汚染を防止する。 ダイヤモンドの表面は親油性で疎水性であり、水で濡れることはできませんが、油中にある可能性があります。 ダイヤモンドは一般に、強酸や塩基を含む化学試薬とは反応しません。 ダイヤモンドの使用は切断、訓練、および粉砕を含んでいます;宝石類;そして半導体工業に。
ダイヤモンドとグラファイトディアモンドとグラファイトは、構造が異なる同じ要素の炭素純粋な形の二つの同素体です。 グラファイト
グラファイトは、炭素の別の同素体であり、ダイヤモンドとは異なり、それは導電体と半金属です。 グラファイトは、標準条件下で最も安定した炭素形態であり、炭素化合物の形成熱を定義するための標準状態として熱化学において使用される。 天然黒鉛には3つのタイプがあります:
- 結晶性フレークグラファイト：六角形のエッジを持つ単離された、平らな、板状の粒子
- 非晶質グラファイト：微粒子、石炭の熱変成作用の結果、時にはメタ無煙炭と呼ばれる
- 塊または静脈グラファイト：亀裂静脈または骨折で発生し、繊維状または針状結晶凝集体の成長として表示されます
グラファイトは、層状、平面構造を有する。 各層において、炭素原子は0.142nmの分離を有する六方格子に配置され、平面（層）間の距離は0.335nmである。 グラファイトの2つの既知の形態、α（六方晶）およびβ（菱面体）は、非常に類似した物理的性質を有する（層がわずかに異なる積み重ねを除いて）。 六角形のグラファイトは平らまたは座屈されるかもしれません。 グラファイトは炭素層内の広大な電子非局在化のために電気を伝導することができ、電子が自由に移動するので、電気は層の平面を通って移動する。 グラファイトはまた、自己潤滑性および乾燥潤滑性を有する。 グラファイトは、3000℃までの温度に耐えることができるので、人工血液含有材料および耐熱材料に用途がある。
グラファイトの単層はグラフェンと呼ばれる。 この材料は異常な電気、熱、および物理的性質を表示します。 それは構造が蜜蜂の巣の水晶格子で密に詰まっているsp2によって結ばれる炭素原子の単一の平面シートのカーボンの同素体です。 グラフェン中の炭素-炭素結合長は-0である。142nm、およびこれらのシートは0.335nmの平面間の間隔のグラファイトを形作るために積み重なります。 グラフェンはグラファイト、木炭、カーボンナノチューブおよびフラーレンのようなカーボン同素体の基本的な構造要素です。 グラフェンは半金属またはゼロギャップ半導体であり、室温で高い電子移動度を表示することができます。 グラフェンは独特な特性が多くの実験室の進行中の研究のそれに主題をする材料の刺激的で新しいクラスである。
非晶質炭素
非晶質炭素とは、結晶構造を有さない炭素のことをいう。
非晶質炭素とは、結晶構造を有さない炭素をいう。 非晶質炭素を製造することができるにもかかわらず、グラファイト状またはダイヤモンド状炭素のいくつかの微視的な結晶がまだ存在する。 非晶質炭素の特性は、材料中に存在するsp2対sp3ハイブリダイズ結合の比に依存する。 グラファイトは純粋にsp2ハイブリダイズ結合で構成され、ダイヤモンドは純粋にsp3ハイブリダイズ結合で構成されています。 Sp3ハイブリダイズ結合が高い材料は、四面体非晶質炭素（sp3ハイブリダイズ結合によって形成された四面体形状のため）、またはダイヤモンド様炭素（その物理的性質の多くがダイヤモンドのものと類似しているため）と呼ばれる。
フラーレンとナノチューブ
カーボンナノマテリアルは、炭素同素体の別のクラスを構成しています。 フラーレン（バッキーボールとも呼ばれる）は、中空の球、楕円体、または管の形をとる炭素で完全に構成される様々なサイズの分子である。 Buckyballsおよびbuckytubesは独特な化学のためにそして材料科学、電子工学およびナノテクノロジーの科学技術の適用のための強い研究の主題、特にであった。 カーボンナノチューブは、特別な強度と独特の電気的特性を示し、熱の効率的な導体である円筒状の炭素分子です。 カーボンナノチューブの外側の壁にフラーレンのような”芽”が共有結合している同素体が新たに発見されました。 したがって、ナノバッドは、ナノチューブとフラーレンの両方の特性を示す。
ガラス状炭素
ガラス状またはガラス状炭素は、電気化学の電極材料としてだけでなく、人工装置および高温るつぼで広く使用されている炭素 その最も重要な特性は化学攻撃への高温抵抗、硬度、低密度、低い電気抵抗、低い摩擦、低い熱抵抗、極度な抵抗、およびガスおよび液体への不浸透性です。
その他の同素体
炭素の他の同素体には、炭素原子の低密度クラスターアセンブリであるカーボンナノフォームが含まれています緩い三次元ウェブで一緒に張られた炭素原子;純粋な原子と二原子炭素;構造を持つ一次元炭素ポリマーである線形アセチレン炭素-(C:::C)n-。