Τα άτομα άνθρακα αποτελούν τον γραφίτη και το γραφένιο, τα οποία είναι και τα δύο υλικά με βάση τον άνθρακα. Το γραφένιο είναι μόνο ένα ατομικό στρώμα γραφίτη – ένα εξαγωνικό ή κυψελωτό πλέγμα από άτομα άνθρακα συνδεδεμένα sp2.
Ο γραφίτης είναι ένα κοινό υλικό που αποτελείται από πολλαπλά στρώματα γραφενίου. Το γραφένιο και ο γραφίτης έχουν κάπως διαφορετικές δομικές ιδιότητες και διαδικασίες παραγωγής.
Βασικές τακτικές
- Ο γραφίτης είναι ένα φυσικό αλλότροπο άνθρακα με κρυσταλλική δομή, που χρησιμοποιείται σε διάφορες εφαρμογές όπως μολύβια και λιπαντικά.
- Το γραφένιο είναι ένα ενιαίο στρώμα ατόμων άνθρακα διατεταγμένο σε ένα εξαγωνικό πλέγμα, γνωστό για την εξαιρετική του αντοχή και αγωγιμότητα.
- Ο γραφίτης είναι ένα χύμα υλικό με στρώματα γραφενίου, ενώ το γραφένιο είναι ένα απομονωμένο, ενιαίο στρώμα με ανώτερες ιδιότητες.
Γραφίτης εναντίον Γραφενίου
Ο γραφίτης είναι ένα μαλακό, ξεφλουδισμένο υλικό που χρησιμοποιείται σε μολύβια και λιπαντικά, για παράδειγμα, εκτός από μια μορφή άνθρακα. Το γραφένιο, δηλαδή ένα ενιαίο στρώμα γραφίτη, είναι ένας εξαιρετικός αγωγός της θερμότητας και του ηλεκτρισμού και οι ιδιότητές του το καθιστούν ένα πολλά υποσχόμενο υλικό για τεχνολογικές εφαρμογές.
Ο γραφίτης είναι ένα ορυκτό που αποτελείται από πολλά στρώματα μονοεπίπεδων ατόμων άνθρακα που εμφανίζεται φυσικά. Μπορεί να βρεθεί σε μεταμορφωμένα πετρώματα φυσικά.
Η μεταμόρφωση οδηγεί στη μείωση των ιζηματογενών ενώσεων άνθρακα, με αποτέλεσμα το σχηματισμό γραφίτη. Οι χημικοί δεσμοί στον γραφίτη είναι συγκρίσιμοι με εκείνους που βρίσκονται στα διαμάντια από άποψη αντοχής.
Το γραφένιο είναι μια δισδιάστατη ουσία άνθρακα που χρησιμοποιείται ευρέως. Το λεπτότερο υλικό που γνωρίζει ο άνθρωπος είναι το γραφένιο. Τα άτομα άνθρακα συνδέονται με ασφάλεια σε ένα εξαγωνικό πλέγμα κηρήθρας σε μια μονοστιβάδα γραφενίου.
Σε μια μικροσκοπική κλίμακα, το γραφένιο παρουσιάζει τεράστια αντοχή σε εφελκυσμό. Επειδή κάθε άτομο άνθρακα έχει ένα ελεύθερο pi-ηλεκτρόνιο, το γραφένιο έχει εξαιρετικές ιδιότητες ηλεκτρικής αγωγιμότητας.
Συγκριτικός πίνακας
| Παράμετροι σύγκρισης | γραφίτης | Το γραφένιο |
|---|---|---|
| Πάχος | Είναι πιο παχύ καθώς περιλαμβάνει πολλά στρώματα άνθρακα. | Μονής στρώσης και άρα πιο λεπτή. |
| Χημικός δεσμός | Κάθε άτομο συνδέεται με τρεις ομοιοπολικούς δεσμούς και έχει ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο. | Κάθε άτομο συνδέεται με τρεις δεσμούς σίγμα και έναν απλό δεσμό pi που είναι προσανατολισμένος προς το επίπεδο. |
| Structure | Τρισδιάστατο | Δισδιάστατη |
| Δύναμη | Εύθραυστος | Το πιο δυνατό υλικό όλων των εποχών. |
| Εμφάνιση | Φαίνεται να έχει χρώμα σιδερένιο-μαύρο έως ατσάλι-γκρι και έχει λάμψη. | Κάπως διάφανο. |
Τι είναι γραφίτης?
Ο γραφίτης είναι ένα φυσικό στοιχείο που σχηματίζεται όταν η οργανική ύλη σε κοιτάσματα ασβεστόλιθου υφίσταται μεταμόρφωση.
Ο φυσικός γραφίτης είναι ένα ορυκτό που μπορεί να βρεθεί σε μεταμορφωμένα και πυριγενή πετρώματα και χρησιμοποιείται σε πυρίμαχα υλικά, μπαταρίες, χαλυβουργία, διογκωμένο γραφίτη, επενδύσεις φρένων, επενδύσεις χυτηρίου και λιπαντικά, μεταξύ άλλων.
Ο Edward G. Acheson παρήγαγε κατά λάθος γραφίτη ενώ διεξήγαγε μελέτες ανθρακικού ανθρακικού σε υψηλή θερμοκρασία. Ανακάλυψε ότι το πυρίτιο στο καρβορούνδιο εξατμίζεται σε περίπου 4,150°C (7,500°F), αφήνοντας τον άνθρακα σε γραφιτική μορφή.
Οι πυρήνες των μολυβιών είναι κατασκευασμένοι από γραφίτη, ο οποίος είναι ένα μαύρο, μαλακό υλικό με στρώματα που μπορεί να γλιστρούν το ένα πάνω στο άλλο.
Ο γραφίτης αναμιγνύεται με πηλό και νερό για να φτιάξει το καπάκι του μολυβιού. Όσο πιο σκληρή γίνεται η μύτη του μολυβιού καθώς προσθέτουν περισσότερο πηλό.
Ο γραφίτης σε σκόνη χρησιμοποιείται για τη λίπανση εξαρτημάτων εξοπλισμού που κινούνται γρήγορα λόγω της απαλότητάς του. Η πολυεπίπεδη δομή του γραφίτη αποτελείται από δακτυλίους έξι ατόμων άνθρακα οργανωμένους σε οριζόντια φύλλα που είναι ευρέως διαχωρισμένα.
Ως αποτέλεσμα, ο γραφίτης κρυσταλλώνεται στο εξαγωνικό σύστημα, σε αντίθεση με το διαμάντι, το οποίο κρυσταλλώνεται στο οκταεδρικό ή τετράεδρος συστήματα.
Ο γραφίτης έχει σκούρο γκρι έως μαύρο χρώμα, είναι αδιαφανής και είναι εξαιρετικά απαλός. Η λέξη γραφίτης προέρχεται από το ελληνικό ρήμα graphene, που σημαίνει «γράφω», καθώς έχει λιπαρή υφή και δημιουργεί μαύρο αποτύπωμα.
Τι είναι το Graphene;
Ένα μόνο στρώμα ατόμων άνθρακα με δεσμό sp2 σε ένα εξαγωνικό πλέγμα αναφέρεται ως γραφένιο μονής στρώσης. Το γραφένιο είναι ένα εκατομμύριο φορές πιο λεπτό από το χαρτί και είναι τόσο λεπτό που είναι απλώς δισδιάστατο.
Το γραφένιο είναι πολύ εύκαμπτο και διαφανές, εκτός από σημαντικά ηλεκτρικά χαρακτηριστικά. Ως αποτέλεσμα, είναι καλός υποψήφιος για φορητές ηλεκτρονικές συσκευές.
Το γραφένιο μπορεί να κάνει τα smartphone και τα tablet πολύ πιο ανθεκτικά και ακόμη και να τα διπλώνει σαν χαρτί. Σε ένα φύλλο γραφενίου, κάθε άτομο άνθρακα είναι σταθερά συνδεδεμένο με τρία άλλα άτομα σε παρόμοιες γωνίες, με αποτέλεσμα μια επίπεδη δομή που μοιάζει με κηρήθρα.
Αυτές οι ισχυρές συνδέσεις δίνουν στη δομή τεράστια ελαστικότητα, παρόμοια με διαμάντι, που είναι ένας τρισδιάστατος κρύσταλλος άνθρακα στον οποίο κάθε άτομο είναι συνδεδεμένο με τέσσερις γείτονες.
Το εξαγωνικό σχήμα του γραφενίου χρησιμεύει ως βάση για τα φουλερένια, τα οποία είναι κοίλες μοριακές δομές που αποτελούνται από 60 ή περισσότερα μόρια άνθρακα, παρόμοια με τις υπέροχες σφαίρες άνθρακα που είναι γνωστές ως "buckyballs".
Το πλέγμα νανοκλίμακας αυτών των δομών είναι τόσο εύκαμπτο που μπορούν να διπλωθούν σε κοίλους κυλίνδρους, καθιστώντας τα κατάλληλα μοριακά δοχεία.
Κάθε άτομο σε ένα φύλλο γραφενίου παρέχει ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο στο μόριο, επειδή το στοιχείο άνθρακας έχει τέσσερα προσβάσιμα ηλεκτρόνια για σύνδεση.
Το αδρανές αρνητικό φορτίο του υλικού συμβάλλει στις εξαιρετικές αγώγιμες και υπεραγώγιμες ικανότητές του, καθιστώντας το ιδανικό για εξελιγμένα ηλεκτρονικά.
Κύριες διαφορές μεταξύ γραφίτη και γραφενίου
- Το φύλλο γραφίτη έχει μεγαλύτερο πάχος από το γραφένιο, το οποίο αποτελείται από στρώματα επίπεδα ατόμων άνθρακα που μοιάζουν με κηρήθρα. Το γραφένιο είναι το ενιαίο στρώμα που σχηματίζεται όταν ένα φύλλο γραφίτη σχίζεται σε ένα μόνο στρώμα με πάχος μόνο ενός ατόμου άνθρακα.
- Ο γραφίτης περιέχει τρεις ομοιοπολικούς δεσμούς γύρω από κάθε άτομο άνθρακα και ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο, ενώ το γραφένιο έχει τέσσερις συνδέσμους, συμπεριλαμβανομένων τριών δεσμών σίγμα γύρω από κάθε άτομο άνθρακα και ενός πι δεσμός προσανατολισμένο έξω από το αεροπλάνο.
- Ο γραφίτης έχει μια τρισδιάστατη μικροσκοπική δομή που αποτελείται από στρώματα μορίων γραφίτη στοιβαγμένα σαν σελίδες. Το γραφένιο είναι μια δισδιάστατη ουσία που αποτελείται από ένα μόνο φύλλο μορίων γραφίτη με πάχος μικρότερο από ένα νανόμετρο.
- Ο γραφίτης είναι εύθραυστος, ενώ το γραφένιο είναι η πιο ανθεκτική ουσία που έχει μελετηθεί ποτέ.
- Ο γραφίτης έχει μεταλλική λάμψη και έχει απόχρωση από σίδηρο-μαύρο έως ατσαλένιο-γκρι, ενώ το γραφένιο είναι αρκετά διαφανές.
Αναφορά
- https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.74.075404
- https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.200702051
Τελευταία ενημέρωση: 08 Ιουλίου, 2023
Έχω καταβάλει τόση προσπάθεια γράφοντας αυτήν την ανάρτηση ιστολογίου για να σας προσφέρω αξία. Θα είναι πολύ χρήσιμο για μένα, αν σκέφτεστε να το μοιραστείτε στα μέσα κοινωνικής δικτύωσης ή με τους φίλους/την οικογένειά σας. Η ΚΟΙΝΟΠΟΙΗΣΗ ΕΙΝΑΙ ♥️
Ο Piyush Yadav έχει περάσει τα τελευταία 25 χρόνια δουλεύοντας ως φυσικός στην τοπική κοινότητα. Είναι ένας φυσικός που θέλει να κάνει την επιστήμη πιο προσιτή στους αναγνώστες μας. Είναι κάτοχος πτυχίου Φυσικών Επιστημών και Μεταπτυχιακού Διπλώματος στην Επιστήμη του Περιβάλλοντος. Μπορείτε να διαβάσετε περισσότερα για αυτόν στο δικό του βιο σελίδα.
