In dit artikel, "grafietstructuur", worden verschillende eigenschappen zoals structurele eigenschappen, kenmerken, gebruik met enkele relevante onderwerpen hieronder besproken.
Grafiet wordt ook wel plumbago of zwart lood genoemd en is een mineraal dat bestaat uit koolstof. Het heeft een tweedimensionale gelaagde structuur met ringen van zes koolstofatomen. Grafiet kristalliseert in hexagonale systemen. Het is relatief zacht en zwartgrijs van kleur.
Laten we ons concentreren op de volgende onderwerpen die verband houden met de structuur van grafiet.
Wat is structuur van grafiet?
Grafiet is eigenlijk een van de meest stabiele allotropen van koolstof. Het is een goede geleider van elektriciteit en warmte met een dichtheid van 2.09-2.23 g/cm3 met een grote covalente structuur waarin elk koolstofatoom is verbonden met naburige drie koolstofatomen.
In grafiet is elk koolstofatoom sp2gehybridiseerd die een laagachtige structuur vormt met de rangschikking van hexagonale rangschikking van koolstofatomen. Deze lagen zijn zwak met elkaar verbonden. Door de aanwezigheid van de zwakke kracht tussen de lagen glijden ze heel gemakkelijk over.
Koolstof heeft vier valentie-elektronen en één koolstofatoom is gebonden met nog eens drie koolstofatomen, dus blijft er één valentie-elektron over en wordt dit valentie-elektron gedelokaliseerd in de structuur.
Image credit: Wikimedia Commons.
Hoe Graphite Lewis-structuur te tekenen?
Naar ken de lewis structuur van een molecuul, moeten eerst de samenstellende atomen van die moleculen worden bepaald. De werkelijke Lewis-structuur van grafiet is zeer complex vanwege de gelaagde structuur.
Grafiet is gemaakt met alleen koolstofatomen waarin één koolstofatoom is gebonden met nog eens drie koolstofatomen. Dus één van de vier valentie-elektronen blijft over als niet-bindend elektronenpaar. Totaal 3 * 2 = 6 elektronen zijn van elk van de koolstofatomen die betrokken zijn bij het binden van elektronenparen.
Grafiet Lewis-structuur Formele lading
Naar ken de formele lading van een molecuul, bepaling van de structuur is zeer verplicht. Maar de structuur van grafiet is zeer complex omdat het de gelaagde structuur heeft. Dus, om de bepaling van te vereenvoudigen lewis structuur we hebben slechts één fragment geselecteerd uit grafiet dat drie koolstofatomen bevat.
- Formele lading = Totaal aantal valance-elektronen - aantal elektronen blijft als niet-gebonden - (aantal elektronen betrokken bij bindingsvorming / 2)
- Formele lading van het centrale koolstofatoom = 4 – 1 – (4/2) = 1
Er blijft dus één elektron achter als niet-bindende elektronen en het wordt gedelokaliseerd over de structuur.
Grafiet Lewis-structuurhoek
De hoek geeft in feite de hoek aan tussen twee bindingen die verbonden zijn door het centrale atoom. De bindingshoek hangt meer af van de hybridisatie van het centrale atoom van een molecuul dan van de afstotingsfactoren die in dat specifieke molecuul aanwezig zijn.
Deze afstotingsfactoren zijn -
- Lone pair-lone pair afstoting
- Lone pair-binding paar afstoting
- Afstoting van bindingspaar-bindingspaar.
De hybridisatie is de belangrijkste factor om de bindingshoek te bepalen.
| Hybridisatie van centraal atoom | Bond hoek: |
| sp | 1800 |
| sp2 | 1200 |
| sp3 | 109.50 |
| sp3d2 | 900 |
In grafiet zijn één s- en twee p-orbitalen betrokken bij sp2hybridisatie. Uit de bovenstaande tabel blijkt dat de bindingshoek 120 zal zijn0 en de bindingslengtes zijn 1.421 A0.
Grafiet Lewis-structuur Octet-regel
Octet-regel is een van de belangrijkste regels in de anorganische chemie waarin wordt gesteld dat elk atoom een dergelijke elektronenconfiguratie moet hebben die lijkt op de elektronenconfiguratie van het dichtstbijzijnde edelgas in het periodiek systeem.
In één opzicht houdt grafiet zich niet aan de octetregel. Het mag dus niet stabiel zijn. Maar experimenteel is aangetoond dat de stabiliteit van grafiet zeer hoog is. Omdat het extra of het niet-gebonden elektron in de grafietstructuur gedelokaliseerd is over alle koolstofatomen.
Daarom is grafiet stabiel, hoewel het niet voldoet aan de octetregel.
We vertegenwoordigen in feite het gedelokaliseerde elektron als de dubbele binding en schrijven de structuur met alternatieve dubbele binding. Maar terwijl deze dubbele binding roteerde, werden alle bindingslengtes gelijk.
Grafiet Lewis-structuur Lone Pairs
Grafiet heeft geen enkel elektronenpaar. Eenzame paren zijn dat soort valentie-elektronen die niet betrokken zijn bij enige bindingsvorming.
Koolstof heeft in totaal vier elektronen in de buitenste schil. Van de vier elektronen zijn drie elektronen betrokken bij de vorming van drie sigma-bindingen. Het elektron dat overblijft, kan niet worden geteld als eenzame paren of niet-gebonden elektronen, omdat dit elektron een pi-binding vormt met het andere koolstofatoom. Deze pi-binding of het linker elektron is gedelokaliseerd over de hele structuur en helpt grafiet om warmte en elektriciteit te geleiden.
Oplosbaarheid van grafiet
Grafiet is een van de beste bronnen van koolstof, maar het is onoplosbaar in de meeste organische en anorganische oplosmiddelen. Als we grafiet lange tijd sonificeren, kan het oplosbaar zijn in sommige organische oplosmiddelen met de juiste hoeveelheid additieven.
Maar dit proces (langdurige sonicatie) veroorzaakt defecten en scheuren in de structuur van grafiet. Daarnaast is grafiet in vaste toestand niet oplosbaar in de meeste polaire of niet-polaire oplosmiddelen. Maar het kan oplosbaar zijn in gesmolten nikkel en chloorzwavelzuur. Vast grafiet kan worden gesuspendeerd door een emulgator in olie of in water.
Is grafiet een sterke elektrolyt?
Sterke elektrolyten kunnen worden gedefinieerd als die stoffen die na oplossen in water kunnen worden gedissocieerd in de samenstellende ionen.
Grafiet lost door zijn structuur niet op in water. Het kan dus geen elektrolyt zijn omdat het niet in ionen kan worden gescheiden. Maar het kan elektriciteit geleiden vanwege de eenzame elektronen die gedelokaliseerd zijn over de hele grafietstructuur.
Is grafiet zuur of basisch?
Als het grafiet wordt behandeld met sterke oxidatiemiddelen en zuren, kan grafietoxide worden verkregen als het product dat voorheen bekend stond als grafietoxide of grafietzuur.
In de structuur van grafietoxide ligt de verhouding tussen koolstof en zuurstof tussen 2.1 en 2.9. In deze verbinding blijft de gelaagde structuur van grafiet behouden, maar met een veel grotere en onregelmatige tussenruimte. Het toont de zure eigenschap.
Is grafiet polair of niet-polair?
De polariteit van elke moleculaire structuur hangt af van de volgende twee factoren:
- Elektronegativiteitsverschil tussen de atomen
- Oriëntatie van de obligaties.
Grafiet wordt gemaakt met alleen koolstofatomen. De elektronegativiteit van alle samenstellende atomen is dus gelijk en er wordt geen elektronegativiteitsverschil waargenomen in de grafietstructuur.
Om deze reden vertoont grafiet geen dipoolmoment. Het is dus een niet-polair molecuul.
Is grafiet magnetisch?
Grafiet is geen magnetische component. Magnetische componenten kunnen worden onderverdeeld in de volgende secties:
- Paramagnetisch
- Diamagnetisch
- Ferromagnetisch
- Ferrimagnetisch
Elk koolstofatoom zes elektronen (1s22s22p2). Drie van deze zes elektronen vertonen een opwaartse spinrichting en nog eens zes elektronen vertonen een neerwaartse spinrichting die wordt opgeheven door de opwaartse spinrichting. Het vertoont dus geen magnetisme en wordt afgestoten door het externe magnetische veld.
Maar als grafeen wordt gedraaid of gestapeld, kan een zeldzame vorm van magnetisme worden ontwikkeld.
Is grafiet metallisch of niet-metalen?
Grafiet is een van de allotropen van koolstof. Het is dus een niet-metalen stof. Het heeft een covalent gebonden gelaagde structuur.
Maar een van de belangrijkste eigenschappen van metaal is het geleiden van elektriciteit en warmte. Grafiet kan ook warmte en elektriciteit geleiden vanwege het gedelokaliseerde elektron. Het belangrijkste verschil met metaal is dat vrije elektronen ook in metalen aanwezig zijn en dat ze door de hele structuur gedelokaliseerd zijn. Maar de vrije elektronen van de ene laag zijn gedelokaliseerd over de ene laag grafietstructuur en niet in de andere laag.
Is grafiet bros?
Grafiet is van nature een zeer brosse verbinding vanwege zijn structuur.
In grafiet is één koolstofatoom gebonden aan drie andere koolstofatomen door middel van drie covalente bindingen in een tweedimensionaal 'lagenrooster'. Individuele lagen zijn sterk door de aanwezigheid van drie sterke covalente bindingen, maar de lagen in grafiet kunnen worden gescheiden door de minste verstoring uit te oefenen omdat de lagen met elkaar zijn verbonden door de zwakke Van der Waals-kracht.
Zo is grafiet een zachte en broze substantie.
Is grafiet kristallijn of amorf?
Grafiet is een kristallijne allotroop van koolstof zoals diamant.
Kristallijne verbindingen zijn die waarin veel atomen (meer dan 1000 atomen) gebonden zijn in een zich herhalend patroon. Ook in grafiet wordt een bepaald structureel patroon gevolgd. De ene laag ligt over een andere laag en is met weal van der waals kracht vastgemaakt. In één fragment van grafiet is één koolstofatoom verbonden met de drie aangrenzende koolstofatomen door drie sterke covalente bindingen.
Is grafiet lichter dan staal?
Grafieten schachten zijn veel lichter dan staal en ook duurder. Assen die van staal zijn gemaakt, zijn zwaarder dan grafiet.
Een van de belangrijkste redenen waarom staal zwaar is, is dat het een legering is van koolstof en ijzer. Er is dus één metalen substantie aanwezig in staal. Maar grafiet is slechts de allotroop van koolstof. Het is dus lichter dan staal vanwege de afwezigheid van een metalen substantie.
Is grafiet radioactief?
Normaal grafiet is veel minder radioactief. Omdat er voor één gram koolstof één pico gram (10-12) hoeveelheid koolstof is radioactief (koolstof-14). Dit 14C is radioactief omdat het bètastralen uitzendt om te worden 14N.
Grafiet gebruikt
Grafiet heeft verschillende toepassingen in de industrie zoals-
- Schrijfgerei – Potloden zijn gemaakt van grafiet.
- Als smeermiddelen
- Vuurvast
- Kernreactor
- Batterijen
- Grafeen vellen
- Gieterij facings
- Remvoeringen
Grafiet bevat een gelaagde structuur en is een van de meest stabiele allotropen van koolstof. Deze niet-metalen substantie kan elektriciteit geleiden dankzij de vrije gedelokaliseerde elektronen. Het is een zachte en brosse verbinding met veel toepassingen in de industrie.
Lees meer over de volgende structuur en kenmerken
| ZnO Zns Fe3O4 NaClO2 Lithium Krypton Neon Peptide binding NaHSO4 KMnO4 | NaH2PO4 Lelijk Fe2S3 Hyaluronzuur Disulfidebinding Alanine Aminozuur Glycolzuur Heptaan Glycine Tijdloos goud | snotaminezuur Hexaanzuur ZnSO4 |
Hallo,
Ik ben Aditi Ray, een chemie-KMO op dit platform. Ik heb mijn diploma scheikunde behaald aan de Universiteit van Calcutta en een postdoctorale opleiding aan de Techno India University met een specialisatie in anorganische chemie. Ik ben erg blij om deel uit te maken van de Lambdageeks-familie en ik wil het onderwerp graag op een simplistische manier uitleggen.
Laten we verbinding maken via LinkedIn-https://www.linkedin.com/in/aditi-ray-a7a946202
Hallo medelezer,
We zijn een klein team bij Techiescience, dat hard werkt tussen de grote spelers. Als je het leuk vindt wat je ziet, deel dan onze inhoud op sociale media. Uw steun maakt een groot verschil. Bedankt!