เพชรกับกราไฟท์: ความแตกต่างและการเปรียบเทียบ

ในเชิงนามธรรม คาร์บอนบริสุทธิ์แบ่งออกเป็นสามส่วน ได้แก่ เพชร กราไฟต์ และฟูลเลอรีน เป็นผลให้กราไฟท์และเพชรจึงเป็นคาร์บอนรูปแบบผลึกที่สำคัญที่สุดสองรูปแบบ

คุณสมบัติทางเคมีของสารประกอบทั้งสองเหมือนกันและมีลักษณะเป็นเขม่าหรือคาร์บอนแบล็ค 

ประเด็นที่สำคัญ

1. เพชรเป็นสสารที่แข็งที่สุดในโลก โดยมีระดับความแข็ง Mohs อยู่ที่ 10
2. กราไฟท์เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในแบตเตอรี่ สารหล่อลื่น และอิเล็กโทรด
3. โครงสร้างโมเลกุลของเพชรเป็นแบบจัตุรมุข ในขณะที่กราไฟต์เป็นแบบชั้นและเป็นระนาบ

ไดมอนด์ vs กราไฟท์

ความแตกต่างระหว่างเพชรและกราไฟต์คือเพชรมีโครงตาข่ายผลึก ซึ่งอะตอมของคาร์บอนถูกจัดเรียงเป็นสมมาตรสามมิติภายในคริสตัล ในขณะเดียวกัน กราไฟท์มีโครงสร้างเป็นชั้น โดยวงแหวนของอะตอมคาร์บอน 6 อะตอมจะถูกจัดเรียงเป็นแผ่นแนวนอนโดยเว้นระยะห่าง นอกจากนี้เพชรยังเป็นสารแข็งในขณะที่กราไฟท์ยังอ่อนอีกด้วย

เพชรเป็นรูปแบบผลึกแข็งของธาตุคาร์บอนในธรรมชาติ อะตอมของคาร์บอน 4 อะตอมถูกพันธะโควาเลนต์ภายในโครงสร้างของเพชร ทำให้มีขนาดค่อนข้างใหญ่

เนื่องจากพันธะโควาเลนต์จึงจำเป็นต้องใช้พลังงานจำนวนมากเพื่อแยกอะตอมออกจากกัน ด้วยเหตุนี้ เพชรจึงเป็นที่รู้จักกันอย่างแพร่หลายว่าเป็นหนึ่งในวัสดุที่แข็งที่สุดในธรรมชาติ 

ในขณะเดียวกัน กราไฟท์เป็นคาร์บอนบริสุทธิ์ที่มีโครงสร้างเป็นชั้นๆ ส่วนใหญ่จะพบเป็นแร่ผลึกสีเทาที่เกิดขึ้นในหินบางชนิด

พันธะซิกมาเกิดขึ้นระหว่างคาร์บอนแต่ละตัว อะตอม ในกราไฟท์ เนื่องจากกราไฟท์ถูกยึดเหนี่ยวในลักษณะนี้ จึงมีความอ่อนและแตกหักง่าย 

ตารางเปรียบเทียบ

พารามิเตอร์ของการเปรียบเทียบ	เพชร	กราไฟท์
คำนิยาม	ในธรรมชาติ เพชรคือคาร์บอนในรูปแบบผลึกแข็ง ไม่มีสี และใส	กราไฟต์เป็นส่วนประกอบของคาร์บอนบริสุทธิ์ที่ส่วนใหญ่พบระหว่างหิน ถือว่าเป็นแร่ธาตุในธรรมชาติ
โครงสร้าง	โครงสร้างของเพชรเป็นแบบผลึกขัดแตะ เป็นผลึกสามมิติที่อะตอมของคาร์บอนเรียงตัวกันแบบสมมาตร	โครงสร้างของกราไฟต์เป็นชั้นๆ โดยอะตอมของคาร์บอนจะยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะซิกมา
การผสมพันธุ์	มีอะตอมของคาร์บอนทั้งหมดสี่อะตอมในเพชรที่ได้รับการผสมแบบ sp3 และถูกเชื่อมเข้าด้วยกันด้วยพันธะซิกม่า	ในกราไฟท์ อะตอมแต่ละอะตอมถูกผูกมัดโดย sp2 ไฮบริไดเซชัน และพันธะซิกมามีบทบาทหลักโดยการจับอะตอมเข้าด้วยกัน ในขณะที่อะตอมที่ไม่มีการจับคู่จะสร้างพันธะไพ
โครงสร้างทางเรขาคณิต	เนื่องจากมีอิเล็กตรอนคาร์บอนสี่พันธะ เพชรจึงมีโครงสร้างแบบ tetrahedral	กราไฟต์มีโครงสร้างเรขาคณิตระนาบเนื่องจากมีอิเล็กตรอนคาร์บอนที่ถูกพันธะสามตัว
ใช้	ใช้เป็นวัสดุในการทำเครื่องประดับและงานเจาะ	ใช้เป็นเซลล์แห้ง อาร์คไฟฟ้า สารหล่อลื่น และไส้ดินสอ

เพชรคืออะไร?

เพชร ซึ่งเป็นธาตุที่แข็งที่สุดที่มีอยู่ตามธรรมชาติ คือการแบ่งส่วนของธาตุคาร์บอน อะตอมของคาร์บอน 4 อะตอมถูกพันธะโควาเลนต์เป็นอะตอมเดียวผ่านพันธะซิกมา ทำให้เป็นสารที่ซับซ้อนมาก

ในเพชร การแยกอะตอมออกจากกันเป็นเรื่องยากมากเนื่องจากมีพันธะโควาเลนต์ ดังนั้นความจริงที่ว่าเพชรเป็นหนึ่งในวัสดุธรรมชาติที่แข็งที่สุดจึงเพิ่มชื่อเสียงให้กับเพชรโดยสัญชาตญาณ

เพชรที่เก่าแก่ที่สุดที่เคยค้นพบอยู่ในอินเดียในศตวรรษที่สี่ และหลังจากนั้นไม่นาน อัญมณีเหล่านี้ส่วนใหญ่ก็ถูกส่งออกไปยังประเทศต่างๆ ทำให้เกิดสายสัมพันธ์อันดีระหว่างอินเดียกับชาติอื่นๆ

ในขณะเดียวกันพันธะระหว่างคาร์บอนทั้งสี่นั้นเกิดจากการผสมพันธุ์แบบ sp3 เนื่องจากเพชรมีอิเล็กตรอน XNUMX ตัวเกาะติดกันเป็นอะตอมเดียว จึงมีโครงสร้างแบบจัตุรมุข

เพชรคือโครงตาข่ายคริสตัลที่ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนที่จัดเรียงอย่างสมมาตรในโครงสร้างสามมิติ 

นอกจากนี้เพชรยังมีความน่าประทับใจอีกด้วย การรวมกัน ทางกายภาพ เคมี และทางกล รวมถึงความแข็ง ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ การนำความร้อน ความต้านทานไฟฟ้า ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ และความแข็งแรง วัสดุควรทนต่อสารเคมี เข้ากันได้ทางชีวภาพ และสะท้อนรังสีอัลตราไวโอเลตและอินฟราเรด

เนื่องจากมีความคงทนและความแวววาว เพชรจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องประดับ นอกจากนั้น เนื่องจากมีความแข็ง จึงยังใช้ตัด บด หรือเจาะวัสดุอื่นๆ ได้อีกด้วย 

กราไฟท์คืออะไร?

ในขณะเดียวกัน กราไฟท์เป็นคาร์บอนบริสุทธิ์ที่มีโครงสร้างเป็นชั้นๆ ส่วนใหญ่จะพบเป็นแร่ผลึกสีเทาในหินบางชนิด พันธะซิกมาจะจับอะตอมของคาร์บอนสามอะตอมเข้าด้วยกันในกราไฟท์

เนื่องจากกราไฟต์ถูกยึดด้วยวิธีนี้ จึงอ่อนและแตกง่าย

หากจะกล่าวเป็นคำง่ายๆ ก็คือ เนื่องจาก รถตู้ จากแรง Waals พันธะโควาเลนต์จะแตกง่าย ส่งผลให้กราไฟท์กลายเป็นวัสดุอ่อนในที่สุด 

กราไฟต์ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอน 2 อะตอมที่มีการผสมพันธุ์แบบ spXNUMX ซึ่งแต่ละอะตอมจะเชื่อมพันธะกับอะตอมที่เหลืออีก XNUMX อะตอมด้วยพันธะซิกมา ในขณะเดียวกันอะตอมคี่ก็ก่อตัวเป็น a ปี่พันธบัตร.

ประวัติความเป็นมาของกราไฟท์ย้อนกลับไปที่คัมเบรียทางตอนเหนือของอังกฤษเมื่อต้นศตวรรษที่ 16 อย่างไรก็ตาม ในตอนแรกถูกเข้าใจผิดว่าเป็นถ่านหิน แต่เมื่อได้รับความร้อน ก็ไม่ไหม้ ส่งผลให้เกิดการค้นพบกราไฟท์ในที่สุด

โครงสร้างเรขาคณิตเชิงระนาบของกราไฟต์เป็นผลมาจากอิเล็กตรอนคาร์บอนสามพันธะ

คุณสมบัติของกราไฟท์ประกอบด้วยจุดหลอมเหลวสูง นุ่ม ลื่น เป็นมัน ไม่ละลายในน้ำและสารอินทรีย์อื่นๆ และมีสารสีดำเป็นมันเงา ทึบแสง 

นอกจากนี้ กราไฟต์ยังใช้ในดินสอและสารหล่อลื่น และเนื่องจากมีค่าการนำไฟฟ้าสูง จึงใช้ในผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น อิเล็กโทรด แบตเตอรี่ และแผงเซลล์แสงอาทิตย์

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างเพชรและกราไฟท์

1. เพชรเป็นธาตุที่แข็งที่สุดที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ ในขณะที่กราไฟท์ก็เป็นแร่ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติเช่นกัน แต่จะกลายเป็นกราไฟท์ที่ประหยัดโดยผ่านการผลิตเท่านั้น 
2. เพชรเป็นสสารที่แข็งที่สุด ในขณะที่กราไฟท์เป็นวัสดุที่อ่อนนุ่มและเป็นมันเมื่อสัมผัส 
3. การไฮบริไดเซชันของอะตอมของคาร์บอนในเพชรคือ sp3 ในขณะที่กราไฟต์ การไฮบริไดเซชันของอะตอมของคาร์บอนคือ sp2 
4. เพชรเป็นสสารที่โปร่งใสและไม่มีสี ส่วนกราไฟต์นั้นทึบแสงและมีสีดำ 
5. ความหนาแน่นสัมพัทธ์และดัชนีการหักเหของเพชรจะสูงกว่าความหนาแน่นสัมพัทธ์และดัชนีการหักเหของกราไฟท์  
6. เพชรทำหน้าที่เป็นฉนวนความร้อนและไฟฟ้าได้ดี ในขณะที่กราไฟต์มีคุณสมบัตินำความร้อนและไฟฟ้าได้ดี 
7. เพชรมีพันธะโควาเลนต์ XNUMX พันธะรอบอะตอมของคาร์บอน XNUMX อะตอม ในขณะที่ในกรณีของกราไฟต์ เพชรมีพันธะโควาเลนต์ XNUMX พันธะรอบอะตอมของคาร์บอน XNUMX อะตอม 

อ้างอิง

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

อัพเดตล่าสุด : 11 มิถุนายน 2023