Les atomes de carbone constituent le graphite et le graphène, qui sont tous deux des matériaux à base de carbone. Le graphène n'est qu'une couche atomique de graphite - un réseau hexagonal ou en nid d'abeille d'atomes de carbone liés sp2.
Le graphite est un matériau courant composé de plusieurs couches de graphène. Le graphène et le graphite ont des propriétés structurelles et des processus de production quelque peu différents.
Faits marquants
- Le graphite est un allotrope de carbone naturel avec une structure cristalline, utilisé dans diverses applications comme les crayons et les lubrifiants.
- Le graphène est une couche unique d'atomes de carbone disposés dans un réseau hexagonal, connu pour sa résistance et sa conductivité extraordinaires.
- Le graphite est un matériau en vrac avec des couches de graphène, tandis que le graphène est une couche unique isolée avec des propriétés supérieures.
Graphite vs graphène
Le graphite est un matériau mou et floconneux utilisé dans les crayons et les lubrifiants, par exemple, en plus d'être une forme de carbone. Le graphène, monocouche de graphite, est un excellent conducteur de chaleur et d'électricité, et ses propriétés en font un matériau prometteur pour des applications technologiques.
Le graphite est un minéral composé de nombreuses couches d'atomes de carbone à un seul plan qui se produit naturellement. On le trouve naturellement dans les roches métamorphiques.
Le métamorphisme conduit à la réduction des composés carbonés sédimentaires, entraînant la formation de graphite. Les liaisons chimiques du graphite sont comparables à celles trouvées dans les diamants en termes de résistance.
Le graphène est une substance carbonée bidimensionnelle largement utilisée. Le matériau le plus fin connu de l'homme est le graphène. Les atomes de carbone sont solidement liés dans un réseau hexagonal en nid d'abeille dans une monocouche de graphène.
À petite échelle, le graphène présente une énorme résistance à la traction. Parce que chaque atome de carbone possède un électron pi libre, le graphène possède des qualités de conductivité électrique exceptionnelles.
Tableau de comparaison
| Paramètres de comparaison | Graphite | Le graphène |
|---|---|---|
| Épaisseur | Il est plus épais car il comporte plusieurs couches de carbone. | Monocouche et donc plus fin. |
| Une liaison chimique | Chaque atome est lié par trois liaisons covalentes et possède un électron libre. | Chaque atome est lié par trois liaisons sigma et une seule liaison pi orientée vers le plan. |
| Structure | Tridimensionnel | Bidimensionnel |
| Force | Fragile | Le matériau le plus solide qui soit. |
| Aspect | Semble être de couleur noir de fer à gris acier et a un lustre. | Un peu transparent. |
Qu’est ce qu' Graphite?
Le graphite est un élément naturel qui se forme lorsque la matière organique des gisements de calcaire subit un métamorphisme.
Le graphite naturel est un minéral qui peut être trouvé dans les roches métamorphiques et ignées et est utilisé dans les réfractaires, les batteries, la sidérurgie, le graphite expansé, les garnitures de frein, les revêtements de fonderie et les lubrifiants, entre autres.
Edward G. Acheson a accidentellement produit du graphite en menant des études sur le carborundum à haute température. Il a découvert que le silicium du carborundum s'évapore à environ 4,150 7,500 °C (XNUMX XNUMX °F), laissant le carbone sous forme graphitique.
Les noyaux des crayons sont en graphite, qui est un matériau noir et doux avec des couches qui peuvent glisser les unes sur les autres.
Le graphite est mélangé avec de l'argile et de l'eau pour former le couvercle du crayon. Plus la pointe du crayon devient dure à mesure qu'ils ajoutent plus d'argile.
Le graphite en poudre est utilisé pour lubrifier les pièces d'équipement à mouvement rapide en raison de sa douceur. La structure stratifiée du graphite est constituée d'anneaux de six atomes de carbone organisés en feuillets horizontaux largement espacés.
En conséquence, le graphite cristallise dans le système hexagonal, par opposition au diamant, qui cristallise dans le système octaédrique ou tétraédrique systèmes.
Le graphite a une couleur gris foncé à noir, est opaque et extrêmement doux. Le mot graphite vient du verbe grec graphène, qui signifie « écrire » car il a une texture grasse et produit une empreinte noire.
Qu'est-ce que le graphène?
Une seule couche d'atomes de carbone liés sp2 dans un réseau hexagonal est appelée graphène monocouche. Le graphène est un million de fois plus fin que le papier, et il est si fin qu'il n'est que bidimensionnel.
Le graphène est très flexible et transparent, en plus d'avoir des caractéristiques électriques importantes. En conséquence, c'est un bon candidat pour l'électronique portable.
Le graphène pourrait rendre les smartphones et les tablettes beaucoup plus robustes, et même leur permettre d'être pliés comme du papier. Dans une feuille de graphène, chaque atome de carbone est fermement lié à trois autres atomes à des angles similaires, ce qui donne une structure plate en nid d'abeille.
Ces liens solides confèrent à la structure une formidable résilience, semblable à diamant noir, qui est un cristal de carbone tridimensionnel dans lequel chaque atome est lié à quatre voisins.
La forme hexagonale du graphène sert de base aux fullerènes, qui sont des structures moléculaires creuses composées de 60 molécules de carbone ou plus, semblables aux jolies sphères de carbone appelées "buckyballs".
Le maillage à l'échelle nanométrique de ces structures est si flexible qu'il peut être plié en cylindres creux, ce qui en fait des conteneurs moléculaires appropriés.
Chaque atome d'une feuille de graphène fournit un électron libre à la molécule, car l'élément carbone possède quatre électrons accessibles pour la liaison.
La charge négative inactive du matériau contribue à ses extraordinaires capacités conductrices et supraconductrices, ce qui le rend idéal pour l'électronique sophistiquée.
Principales différences entre le graphite et le graphène
- La feuille de graphite a une plus grande épaisseur que le graphène, qui est constitué de couches en nid d'abeilles d'atomes de carbone plans. Le graphène est la couche unique formée lorsqu'une feuille de graphite est déchirée en une seule couche avec une seule épaisseur d'atome de carbone.
- Le graphite contient trois liaisons covalentes autour de chaque atome de carbone et un électron libre, tandis que le graphène a quatre liaisons, dont trois liaisons sigma autour de chaque atome de carbone et une liaison pi orienté hors de l'avion.
- Le graphite a une structure microscopique tridimensionnelle composée de couches de molécules de graphite empilées comme des pages. Le graphène est une substance bidimensionnelle constituée d'une seule feuille de molécules de graphite d'une épaisseur inférieure à un nanomètre.
- Le graphite est cassant alors que le graphène est la substance la plus durable jamais étudiée.
- Le graphite a un éclat métallique et une teinte allant du noir de fer au gris acier, tandis que le graphène est assez transparent.
Référence
- https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.74.075404
- https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.200702051
Dernière mise à jour : 08 juillet 2023
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Piyush Yadav a passé les 25 dernières années à travailler comme physicien dans la communauté locale. C'est un physicien passionné par l'idée de rendre la science plus accessible à nos lecteurs. Il est titulaire d'un baccalauréat en sciences naturelles et d'un diplôme d'études supérieures en sciences de l'environnement. Vous pouvez en savoir plus sur lui sur son page bio.
