ダイヤモンドとグラファイト: 違いと比較

要約すると、純粋な炭素には、ダイヤモンド、グラファイト、フラーレンの XNUMX つの同素体があります。 その結果、グラファイトとダイヤモンドは、炭素の XNUMX つの最も重要な結晶形態です。

その上、両方の化合物の化学的性質は同じであり、外観はすすまたはカーボンブラックです。 

主要な取り組み

1. ダイヤモンドは地球上で最も硬いことが知られている物質で、モース硬度スケールは 10 です。
2. グラファイトは電気の良導体であり、電池、潤滑剤、および電極に広く使用されています。
3. ダイヤモンドの分子構造は四面体ですが、グラファイトの分子構造は層状で平面です。

ダイヤモンド vs グラファイト

ダイヤモンドとグラファイトの違いは、ダイヤモンドには結晶格子があり、炭素原子が結晶内で XNUMX 次元対称に配置されていることです。 一方、グラファイトは層状構造をしており、XNUMX個の炭素原子のリングが間隔を空けて水平シートに配置されています。 さらに、ダイヤモンドは硬い物質ですが、グラファイトは柔らかいです。

ダイヤモンドは、自然界の元素炭素の固体結晶形態です。 XNUMX つの炭素原子がダイヤモンド構造内で共有結合されているため、非常に大きくなっています。

共有結合のため、原子を互いに分離するには多くのエネルギーが必要です。 このため、ダイヤモンドは自然界で最も硬い物質の XNUMX つとして広く知られています。 

一方、グラファイトは純粋な炭素の層状構造の同素体です。 それは主に、いくつかの岩石に発生する灰色の結晶鉱物として見られます。

シグマ結合は各炭素間に形成されます 原子 グラファイトで。 このようにグラファイトが結合しているため、柔らかく割れやすいのです。 

比較表

比較のパラメータ	ダイヤモンド	グラファイト
定義	自然界では、ダイヤモンドは固体で無色透明な炭素の結晶形です。	グラファイトは、主に岩の間に見られる純粋な炭素の同素体です。 自然界ではミネラルと見なされています。
Structure	ダイヤモンドの構造は結晶格子です。 炭素原子が対称に配置された立体的な結晶です。	グラファイトの構造は、シグマ結合によって炭素原子同士が結合した層状になっています。
混成	ダイヤモンドには合計 3 つの炭素原子があり、それらは spXNUMX 混成であり、すべてがシグマ結合を介して結合しています。	ここで、グラファイトでは各原子がsp2混成によって結合しており、シグマ結合が原子同士を結合する主な役割を果たしています。 不対原子はパイ結合を形成しますが。
幾何学的構造	結合した炭素電子が XNUMX つあるため、ダイヤモンドは四面体構造をしています。	結合した炭素電子が XNUMX つあるため、グラファイトは平面の幾何学的構造を持っています。
あなたが使用します	ジュエリー製作や穴あけの材料として使用されます。	乾電池、電気アーク、潤滑剤、鉛筆の芯として使用されます。

ダイヤモンドとは？

天然に存在する最も硬い元素であるダイヤモンドは、炭素元素の同素体です。 XNUMXつの炭素原子がシグマ結合を介してXNUMXつの原子に共有結合されているため、非常に複雑な物質になっています.

ダイヤモンドでは、共有結合のため、原子を互いに分離することは非常に困難です。 したがって、ダイヤモンドが最も硬い天然素材の XNUMX つであるという事実は、本能的にダイヤモンドの評判を高めます。

これまでに発見された最初のダイヤモンドは、XNUMX 世紀にインドで発見されました。 そしてすぐに、これらの宝石の大部分がさまざまな国に輸出され、インドと他の国との間に大きな絆が生まれました.

一方、3 つの炭素間の結合は spXNUMX 混成です。 ダイヤモンドは XNUMX つの原子に XNUMX つの電子が結合しているため、四面体構造を持っています。

ダイヤモンドは、対称的に配置された炭素原子が XNUMX 次元構造を成す結晶格子です。 

さらに、ダイヤモンドは印象的な 合併 物理的、化学的、および機械的特性、およびこれらには、硬度、低摩擦係数、熱伝導率、電気抵抗、低熱膨張係数、および強度が含まれますが、材料は耐薬品性、生体適合性、紫外線および赤外線の反射も必要です。

その耐久性と光沢から、ダイヤモンドはジュエリーに広く使用されています。 それに加えて、硬度があるため、他の材料を切断、研削、または穴あけするためにも使用されます。 

グラファイトとは？

一方、グラファイトは純粋な炭素の層状構造の同素体です。 主に、一部の岩石に灰色の結晶鉱物として見られます。 シグマ結合は、グラファイト内の XNUMX つの炭素原子を互いに結合します。

このようにグラファイトが結合しているため、柔らかく割れやすいのです。

その理由を簡単に言うと、 バン デル ワールス力により、共有結合は壊れやすく、最終的にグラファイトは柔らかい材料になります。 

グラファイトは、sp2混成のXNUMXつの炭素原子で構成され、それぞれがシグマ結合を介して他のXNUMXつに結合しています。 一方、奇数原子は パイボンド.

グラファイトの歴史は、XNUMX 世紀初頭のイングランド北部のカンブリアにさかのぼります。 しかし、当初は石炭と勘違いしていたのですが、加熱しても燃えず、黒鉛が発見されるに至りました。

さらに、グラファイトの平面幾何構造は、結合した XNUMX つの炭素電子に起因します。

グラファイトの特性には、融点が高く、柔らかく、滑りやすく、べとべとした感触があり、水や他の有機物に溶けず、光沢があり、不透明で、黒い物質です。 

また、グラファイトは鉛筆や潤滑剤に使用され、導電率が高いため、電極、バッテリー、ソーラー パネルなどの電子製品にも使用されます。

ダイヤモンドとグラファイトの主な違い

1. ダイヤモンドは天然に存在する最も硬い元素ですが、グラファイトも天然に存在する鉱物ですが、製造によってのみ経済的なグラファイトになります。 
2. ダイヤモンドは最も硬い物質ですが、グラファイトは柔らかくべたつく物質です。 
3. ダイヤモンドの炭素原子の混成は sp3 ですが、グラファイトの炭素原子の混成は sp2 です。 
4. ダイヤモンドは透明で無色の物質ですが、グラファイトは不透明で黒色です。 
5. ダイヤモンドの相対密度と屈折率は、グラファイトの相対密度と屈折率よりも高くなります。  
6. ダイヤモンドは熱と電気の優れた絶縁体として機能しますが、グラファイトは熱と電気の伝導性に優れています。 
7. ダイヤモンドは、XNUMX つの炭素原子の周りに XNUMX つの共有結合がありますが、グラファイトの場合、XNUMX つの炭素原子の周りに XNUMX つの共有結合があります。 

参考文献

1. https://www.nature.com/articles/176051a0
2. https://inis.iaea.org/search/search.aspx?orig_q=RN:13661340

最終更新日 : 11 年 2023 月 XNUMX 日