Grafitová struktura, vlastnosti: 31 kompletních rychlých faktů

V tomto článku jsou níže diskutovány různé vlastnosti „grafitové struktury“, jako jsou strukturální vlastnosti, charakteristiky, použití s ​​některými relevantními tématy.

Grafit je také známý jako olovnice nebo černé olovo a je to minerál skládající se z uhlíku. Má dvourozměrnou vrstvenou strukturu s kruhy se šesti atomy uhlíku. Grafit krystalizuje v hexagonálních soustavách. Je poměrně měkký a má černošedou barvu.

Zaměřme se na následující témata související se strukturou grafitu.

Jaká je struktura grafitu?

Grafit je v podstatě jedním z nejstabilnějších alotropů uhlíku. Je to dobrý vodič elektřiny a tepla o hustotě 2.09-2.23 g/cm³ s velkou kovalentní strukturou, ve které je každý atom uhlíku spojen se sousedními třemi atomy uhlíku.

V grafitu je každý atom uhlíku sp²hybridizované, které tvoří vrstvenou strukturu s uspořádáním šestiúhelníkových atomů uhlíku. Tyto vrstvy jsou mezi sebou slabě spojené. Díky přítomnosti slabé síly mezi vrstvami velmi snadno klouzají.

Uhlík má čtyři valenční elektrony a jeden atom uhlíku je vázán s dalšími třemi atomy uhlíku, takže jeden valenční elektron zůstane a tento valenční elektron je ve struktuře delokalizován.

Jak nakreslit grafitovou Lewisovu strukturu?

Na znát Lewise struktury jakékoli molekuly, nejprve by měly být stanoveny atomy, z nichž se tato molekula skládá. Skutečná Lewisova struktura grafitu je velmi složitá díky vrstvené struktuře.

Grafit je vyroben pouze z atomu uhlíku, ve kterém je jeden atom uhlíku vázán s dalšími třemi atomy uhlíku. Takže jeden ze čtyř valenčních elektronů zůstane jako nevazebný elektronový pár. Celkem 3*2=6 elektronů z každého atomu uhlíku se účastní vazebných elektronových párů.

Graphite Lewis Structure Formal Charge

  Na znát formální náboj jakékoli molekuly, určení struktury je velmi povinné. Ale struktura grafitu je velmi složitá, protože má vrstvenou strukturu. Tedy pro zjednodušení určování Lewisova struktura vybrali jsme pouze jeden fragment z grafitu obsahující tři atomy uhlíku.

• Formální náboj = Celkový počet valenčních elektronů – počet elektronů, které zůstávají nevázané – (počet elektronů zapojených do tvorby vazby/2)
• Formální náboj centrálního atomu uhlíku = 4 – 1 – (4/2) = 1

Jeden elektron tedy zůstane jako nevazebné elektrony a delokalizuje se přes strukturu.

Úhel struktury grafitu Lewis

Úhel v podstatě označuje úhel mezi dvěma vazbami spojenými centrálním atomem. Vazebný úhel závisí na hybridizaci centrálního atomu jakékoli molekuly více než na odpudivých faktorech přítomných v této konkrétní molekule.

Tyto odpudivé faktory jsou -

• Osamělý pár-osamělý pár odpuzování
• Osamělý pár – odpuzování párů vazeb
• Odpuzování páru vazby-páru vazby.

Hybridizace je hlavním faktorem pro určení vazebného úhlu.

V grafitu jsou jeden s a dva orbitaly p zapojeny do sp²hybridizace. Z výše uvedené tabulky vyplývá, že úhel vazby bude 120⁰ a délky vazby jsou 1.421 A⁰.

Pravidlo oktetu grafitové Lewisovy struktury

Oktetové pravidlo je jedním z nejdůležitějších pravidel v anorganické chemii, ve kterém se uvádí, že každý atom by měl mít takovou elektronovou konfiguraci, která se podobá elektronové konfiguraci nejbližšího vzácného plynu v periodické tabulce.

Z jednoho hlediska grafit nedodržuje pravidlo oktetu. Nemělo by tedy být stabilní. Experimentálně se však ukázalo, že stabilita grafitu je velmi vysoká. Protože přebytečný nebo nevázaný elektron v grafitové struktuře je delokalizován přes všechny atomy uhlíku.

Proto je grafit stabilní, i když nesplňuje pravidlo oktetu.

V zásadě reprezentujeme delokalizovaný elektron jako dvojnou vazbu a zapisujeme strukturu s alternativní dvojnou vazbou. Ale jak se tato dvojná vazba otáčela, všechny délky vazeb se rovnaly.

Osamělé páry grafitové Lewisovy struktury

Grafit nemá žádný osamocený elektronový pár. Osamocené páry jsou ty typy valenčních elektronů, které se nepodílejí na tvorbě vazby.

Uhlík má v nejzevnějším obalu celkem čtyři elektrony. Mezi čtyřmi elektrony jsou tři elektrony zapojeny do tvorby tří sigma vazeb. Elektron, který zůstal, nelze považovat za osamocené páry nebo nevázané elektrony, protože tento elektron tvoří pí vazbu s jiným atomem uhlíku. Tato pí vazba nebo levý elektron je delokalizován po celé struktuře a pomáhá grafitu vést teplo a elektřinu.

Rozpustnost grafitu

Grafit je jedním z nejlepších zdrojů uhlíku, ale je nerozpustný ve většině organických a anorganických rozpouštědel. Pokud grafit sonikujeme delší dobu, pak může být rozpustný dispergovaný v některých organických rozpouštědlech s patřičným množstvím přísad.

Ale tento proces (dlouhodobá sonikace) vytváří defekty a praskliny ve struktuře grafitu. Kromě toho není grafit v pevném stavu rozpustný ve většině polárních nebo nepolárních rozpouštědel. Může se však rozpouštět v roztaveném niklu a kyselině chlorsírové. Pevný grafit může být suspendován některým emulgátorem v oleji nebo ve vodě.

Je grafit silný elektrolyt?

Silné elektrolyty lze definovat jako ty látky, které lze po rozpuštění ve vodě disociovat na ionty, z nichž jsou složeny.

Grafit se díky své struktuře nemůže rozpustit ve vodě. Nemůže se tedy jednat o elektrolyt, protože jej nelze rozdělit na ionty. Ale může vést elektřinu díky osamělým elektronům, které jsou delokalizovány po celé grafitové struktuře.

Je grafit kyselý nebo zásaditý?

Pokud se grafit zpracuje silnými oxidačními činidly a kyselinami, lze získat oxid grafitu jako produkt, který byl dříve znám jako oxid grafitu nebo kyselina grafitová.

Ve struktuře oxidu grafitu je poměr mezi uhlíkem a kyslíkem mezi 2.1 a 2.9. V této směsi je zachována vrstvená struktura grafitu, ale s mnohem větší a nepravidelnou mezerou. Ukazuje kyselou vlastnost.

Je grafit polární nebo nepolární?

Polarita jakékoli molekulární struktury závisí na následujících dvou faktorech:

1. Rozdíl elektronegativity mezi atomy
2. Orientace vazeb.

Grafit je vyroben pouze z atomů uhlíku. Elektronegativita všech jednotlivých atomů je tedy stejná a ve struktuře grafitu není pozorován žádný rozdíl v elektronegativitě.

Z tohoto důvodu grafit nevykazuje žádný dipólový moment. Jde tedy o nepolární molekulu.

Je grafit magnetický?

Grafit není magnetická součástka. Magnetickou součást lze rozdělit do následujících sekcí -

• Paramagnetický
• Diamagnetický
• Ferromagnetické
• Ferrimagnetické

Každý atom uhlíku šest elektronů (1s²2s²2p²). Tři z těchto šesti elektronů vykazují směr otáčení směrem nahoru a dalších šest elektronů vykazuje směr otáčení směrem dolů, které jsou zrušeny směrem otáčení směrem vzhůru. Nevykazuje tedy žádný magnetismus a je odpuzován vnějším magnetickým polem. 

Pokud je však grafen zkroucený nebo naskládaný, lze vyvinout vzácnou formu magnetismu.

Je grafit kovový nebo nekovový?

Grafit je jedním z alotropy uhlíku. Jedná se tedy o nekovovou látku. Má kovalentně vázanou vrstvenou strukturu.

Ale jednou z nejdůležitějších vlastností kovu je vedení elektřiny a tepla. Grafit může také vést teplo a elektřinu kvůli delokalizovanému elektronu. Hlavní rozdíl oproti kovu je v tom, že volné elektrony jsou také přítomny v kovech a jsou delokalizovány skrz celou strukturu. Ale volné elektrony z jedné vrstvy jsou delokalizovány přes jednu vrstvu grafitové struktury, nikoli v druhé vrstvě.

Je grafit křehký?

Grafit je přirozeně velmi křehká sloučenina díky své struktuře.

V grafitu je jeden atom uhlíku spojen s dalšími třemi atomy uhlíku třemi kovalentními vazbami ve dvourozměrné „vrstvě mřížky“. Jednotlivé vrstvy jsou pevné díky přítomnosti tří silných kovalentních vazeb, ale vrstvy v grafitu lze oddělit aplikací sebemenšího rušení, protože vrstvy jsou mezi sebou spojeny slabou Van der Waalsovou silou.

Grafit je tedy měkká a křehká látka.

Je grafit krystalický nebo amorfní?

Grafit je krystalický alotrop uhlíku podobný diamantu.

Krystalické sloučeniny jsou ty, ve kterých je mnoho atomů (více než 1000 atomů) vázáno v opakujícím se vzoru. V grafitu je také dodržován zvláštní strukturní vzor. Jedna vrstva leží přes druhou vrstvu a je přichycena velkou van der Waalsovou silou. V jednom fragmentu grafitu je jeden uhlík spojen se svými sousedními třemi atomy uhlíku třemi silnými kovalentními vazbami.

Je grafit lehčí než ocel?

Grafitové hřídele jsou mnohem lehčí než ocel a také dražší. Hřídele, které jsou vyrobeny z oceli, jsou těžší než grafit.

Jedním z hlavních důvodů, proč je ocel těžká, je to, že jde o slitinu uhlíku a železa. V oceli je tedy přítomna jedna kovová látka. Ale grafit je pouze allotrop uhlíku. Je tedy lehčí než ocel, protože neobsahuje žádné kovové látky.

Je grafit radioaktivní?

Normální grafit je mnohem méně radioaktivní. Protože na jeden gram uhlíku připadá jeden pikogram (10^-12) množství uhlíku je radioaktivní (uhlík-14). Tento ¹⁴C je radioaktivní, protože vysílá beta paprsky, aby se stal ¹⁴N.

Použití grafitu

Grafit má různá použití v průmyslu, např.

• Psací potřeby – Tužky jsou vyrobeny z grafitu.
• Jako lubrikanty
• Žáruvzdorný
• Jaderné reaktory
• Baterie
• Grafenové desky
• Slévárenské obklady
• Brzdové obložení

Grafit obsahuje s vrstvenou strukturou a je jedním z nejstabilnějších alotropů uhlíku. Tato nekovová látka může vést elektřinu díky svým volným delokalizovaným elektronům. Je to měkká a křehká směs se spoustou použití v průmyslu.

Přečtěte si více o následující struktuře a vlastnostech

Aditi Royová

Ahoj,
Jsem Aditi Ray, chemický MSP na této platformě. Absolvoval jsem promoci v oboru chemie na univerzitě v Kalkatě a postgraduální studium na Techno India University se specializací na anorganickou chemii. Jsem velmi rád, že jsem součástí rodiny Lambdageeks a rád bych toto téma vysvětlil zjednodušujícím způsobem.
Pojďme se připojit přes LinkedIn-https://www.linkedin.com/in/aditi-ray-a7a946202