تشكل ذرات الكربون الجرافيت والجرافين ، وكلاهما من المواد الكربونية. الجرافين هو مجرد طبقة ذرية واحدة من الجرافيت - شبكة سداسية الشكل أو قرص العسل من ذرات الكربون المرتبطة بالـ sp2.
الجرافيت مادة شائعة تتكون من طبقات متعددة من الجرافين. الجرافين والجرافيت لهما خصائص هيكلية وعمليات إنتاج مختلفة إلى حد ما.
الوجبات السريعة الرئيسية
- الجرافيت هو تآصل كربوني طبيعي له هيكل بلوري ، يستخدم في تطبيقات مختلفة مثل أقلام الرصاص ومواد التشحيم.
- الجرافين عبارة عن طبقة واحدة من ذرات الكربون مرتبة في شبكة سداسية الشكل ، والمعروفة بقوتها غير العادية وقابليتها للتوصيل.
- الجرافيت عبارة عن مادة سائبة ذات طبقات جرافين ، بينما الجرافين عبارة عن طبقة مفردة معزولة ذات خصائص فائقة.
الجرافيت مقابل الجرافين
الجرافيت مادة ناعمة غير مستقرة تستخدم في أقلام الرصاص ومواد التشحيم ، على سبيل المثال ، بالإضافة إلى كونها شكلاً من أشكال الكربون. الجرافين ، وهو طبقة واحدة من الجرافيت ، موصل ممتاز للحرارة والكهرباء ، وخصائصه تجعله مادة واعدة للتطبيقات التكنولوجية.
الجرافيت هو معدن يتكون من عدة طبقات من ذرات الكربون أحادية المستوى والتي تحدث بشكل طبيعي. يمكن العثور عليها في الصخور المتحولة بشكل طبيعي.
يؤدي التحول إلى تقليل مركبات الكربون الرسوبية ، مما يؤدي إلى تكوين الجرافيت. الروابط الكيميائية في الجرافيت قابلة للمقارنة مع تلك الموجودة في الماس من حيث القوة.
الجرافين مادة كربون ثنائية الأبعاد تُستخدم على نطاق واسع. أنحف مادة معروفة للإنسان هي الجرافين. ترتبط ذرات الكربون بشكل آمن في شبكة سداسية الشكل على شكل قرص العسل في طبقة أحادية من الجرافين.
على نطاق صغير ، يُظهر الجرافين قوة شد هائلة. نظرًا لأن كل ذرة كربون تحتوي على إلكترون باي حر ، فإن الجرافين له خصائص توصيل كهربائية متميزة.
جدول المقارنة
| معلمات المقارنة | الجرافيت | الجرافين |
|---|---|---|
| سماكة | وهي أكثر سمكا لأنها تتكون من عدة طبقات من الكربون. | طبقة واحدة وبالتالي أرق. |
| رابطة كيميائية | كل ذرة مرتبطة بثلاث روابط تساهمية ولها إلكترون حر. | كل ذرة مرتبطة بثلاث روابط سيجما ورابطة بي واحدة موجهة إلى المستوى. |
| الهيكلية | ثلاثي الأبعاد | ثنائي الأبعاد |
| قوة | هش | أقوى مادة على الإطلاق. |
| مظهر | يبدو أن لونه أسود حديدي إلى رمادي فولاذي وله بريق. | شفافة إلى حد ما. |
ما هي تفاصيل الجرافيت?
الجرافيت هو عنصر طبيعي يتشكل عندما تخضع المادة العضوية في رواسب الحجر الجيري لعملية تحول.
الجرافيت الطبيعي هو معدن يمكن العثور عليه في الصخور المتحولة والبركانية ويستخدم في الحراريات ، والبطاريات ، وصناعة الفولاذ ، والجرافيت الممتد ، وبطانات الفرامل ، وواجهات المسبك ، ومواد التشحيم ، من بين أشياء أخرى.
أنتج إدوارد ج. أتشيسون بالصدفة الجرافيت أثناء إجراء دراسات الكربوراندوم ذات درجة الحرارة العالية. اكتشف أن السيليكون في الكربوراندوم يتبخر عند حوالي 4,150،7,500 درجة مئوية (XNUMX درجة فهرنهايت) ، تاركًا الكربون في شكل جرافيت.
صُنعت نوى أقلام الرصاص من الجرافيت ، وهو مادة سوداء ناعمة بطبقات قد تنزلق فوق بعضها البعض.
يتم خلط الجرافيت مع الطين والماء لصنع غطاء القلم الرصاص. كلما زادت صلابة سن القلم الرصاص كلما أضافوا المزيد من الطين.
يستخدم مسحوق الجرافيت لتزييت أجزاء المعدات سريعة الحركة بسبب نعومتها. يتكون هيكل طبقات الجرافيت من حلقات من ست ذرات كربون منظمة في صفائح أفقية مفصولة على نطاق واسع.
نتيجة لذلك ، يتبلور الجرافيت في النظام السداسي ، على عكس الماس ، الذي يتبلور في الاوكتاهدرا أو رباعي السطوح الأنظمة.
يتميز الجرافيت باللون الرمادي الداكن إلى الأسود ، وهو معتم وناعم للغاية. تأتي كلمة الجرافيت من الفعل اليوناني الجرافين ، والذي يعني "الكتابة" لأنه يحتوي على نسيج دهني وينتج عنه بصمة سوداء.
ما هو الجرافين؟
يشار إلى طبقة واحدة من ذرات الكربون المرتبطة sp2 في شبكة سداسية باسم الجرافين أحادي الطبقة. الجرافين أرق مليون مرة من الورق ، وهو رقيق جدًا لدرجة أنه ثنائي الأبعاد فقط.
يتميز الجرافين بالمرونة والشفافية ، بالإضافة إلى خصائصه الكهربائية الهامة. نتيجة لذلك ، فهو مرشح جيد للإلكترونيات المحمولة.
قد يجعل الجرافين الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية أكثر قوة ، وقد يسمح أيضًا بطيها كالورق. في ورقة الجرافين ، ترتبط كل ذرة كربون بثبات بثلاث ذرات أخرى بزوايا متشابهة ، مما ينتج عنه بنية مسطحة تشبه قرص العسل.
هذه الروابط القوية تمنح الهيكل مرونة هائلة ، على غرار الماس، وهي عبارة عن بلورة كربونية ثلاثية الأبعاد ترتبط فيها كل ذرة بأربعة جيران.
يعمل الشكل السداسي للجرافين كأساس للفوليرينات ، وهي هياكل جزيئية مجوفة مكونة من 60 جزيء كربون أو أكثر ، على غرار كريات الكربون الجميلة المعروفة باسم "كرات بوكي".
تتميز الشبكة النانوية لهذه الهياكل بالمرونة بحيث يمكن طيها في أسطوانات مجوفة ، مما يجعلها حاويات جزيئية مناسبة.
توفر كل ذرة في ورقة الجرافين إلكترونًا واحدًا حرًا للجزيء، لأن عنصر الكربون يحتوي على أربعة إلكترونات يمكن الوصول إليها للترابط.
تساهم الشحنة السالبة الخاملة للمادة في قدراتها غير العادية على التوصيل والتوصيل الفائق ، مما يجعلها مثالية للإلكترونيات المتطورة.
الاختلافات الرئيسية بين الجرافيت والجرافين
- تتميز ورقة الجرافيت بسمك أكبر من الجرافين ، والذي يتكون من طبقات تشبه قرص العسل من ذرات الكربون المستوية. الجرافين هو الطبقة المفردة التي تشكلت عندما تمزق ورقة الجرافيت إلى طبقة واحدة بسمك ذرة كربون واحدة فقط.
- يحتوي الجرافيت على ثلاث روابط تساهمية حول كل ذرة كربون وإلكترون حر واحد ، بينما يحتوي الجرافين على أربعة روابط ، بما في ذلك ثلاث روابط سيجما حول كل ذرة كربون وواحدة باي السندات الموجهة من الطائرة.
- يحتوي الجرافيت على بنية مجهرية ثلاثية الأبعاد تتكون من طبقات من جزيئات الجرافيت مكدسة مثل الصفحات. الجرافين مادة ثنائية الأبعاد تتكون من ورقة واحدة من جزيئات الجرافيت بسمك أقل من نانومتر واحد.
- الجرافيت هش بينما الجرافين هو المادة الأكثر متانة التي تمت دراستها على الإطلاق.
- يمتلك الجرافيت لمعانًا معدنيًا ويتراوح لونه بين الأسود الحديدي والرمادي الفولاذي ، في حين أن الجرافين شفاف إلى حد ما.
الرقم المرجعي
- https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.74.075404
- https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.200702051
آخر تحديث: 08 يوليو 2023
لقد بذلت الكثير من الجهد في كتابة منشور المدونة هذا لتقديم قيمة لك. سيكون مفيدًا جدًا بالنسبة لي ، إذا كنت تفكر في مشاركته على وسائل التواصل الاجتماعي أو مع أصدقائك / عائلتك. المشاركة هي ♥ ️
أمضى بيوش ياداف السنوات الخمس والعشرين الماضية في العمل كفيزيائي في المجتمع المحلي. إنه فيزيائي شغوف بجعل العلم في متناول قرائنا. وهو حاصل على بكالوريوس في العلوم الطبيعية ودبلوم دراسات عليا في علوم البيئة. يمكنك قراءة المزيد عنه على موقعه صفحة بيو.
