탄소는 흑연 및 다이아몬드와 같은 다른 동종 트로프를 가지고 있습니다. 흑연은 부드럽고 불투명하며 전기를 전도 할 수 있습니다. 반면에 다이아몬드는 단단하고 투명하며 전기를 전도 할 수 없습니다. 둘 다 순수한 탄소이지만 여전히 다른 특성을 가지고 있습니다. 그것은 분자에서 탄소 원자의 배열 때문이다. 탄소 형태의 혼성화 과정은 흑연을 형성한다. 혼성화는 둘 이상의 원자 궤도가 결합되어 새로운 하이브리드 화 궤도를 형성 할 때입니다. 흑연은 6 인의 육각형 고리에 결합 된 탄소 원자 층을 가지고 있습니다. 탄소 원자는 SP² 하이브리드 화를 거쳐 흑연을 형성합니다.
흑연의 혼성화
탄소 원자는 흑연을 형성하기 위해 SP² 하이브리드 화를 겪습니다. SP² 하이브리드 화에서, 1 개의 궤도 및 2 개의 p 궤도가 결합되어 3 개의 sp² 궤도를 형성한다. 탄소는 (1S2, 2S2, 2P2)의 일반적인 전자 구성을 가지며, 이는 S 및 P 궤도에 4 개의 원자가 전자를 확산시킨다.
- 이 새로 형성된 궤도는 탄소의 각 원자를 공유 결합에 의해 다른 3 개의 원자에 연결합니다.
- 이 원자에 의한 구조는 삼각 평면 형상이고 형성된 C-C-C 결합은 120 ° 각도를 갖는다.
- 이렇게 형성된 하이브리드 화 된 탄소 원자는 여러 층으로 구성되며 해당 층에서는 육각형 배열로 배열됩니다.
층은 층이 그들 사이에 약한 힘을 가지기 때문에 다른 특성을 가지고 있습니다. 이 약한 힘은 흑연이 평면 및 평면 외 방향 내에서 매우 다른 기계적, 전기 및 열적 특성을 가진 이방성이 매우 높은 이유 일 수 있습니다.
흑연의 분자 기하학
우리가 알다시피, 흑연의 혼성화 SP² 하이브리드 화입니다. 흑연 구조는 삼각 평면이며, 원자는 그들 사이에 120 °의 결합 각도를 갖는다.
- 흑연에는 6 명의 멤버와 함께 육각형 고리로 배열 된 탄소 층이 있습니다. 이 육각형 고리는 가장자리에 연결되어 있습니다.
- 끝없는 융합 벤젠 고리 시퀀스를 사용하여 연결된 고리 층을 만드는 데 사용될 수 있습니다.
- 이 고리에 배열 된 탄소 원자는 SP² 하이브리드 상태에 있습니다.
- 각 탄소 원자는이 유형의 분자 궤도 모델에서 다른 탄소 원자와 연결되어 있습니다.
그래 핀 층은 탄소 원자의 단일 시트이며 링 어레이는 큰 시트로 구성됩니다.
- 탄소 시트가 매우 강력하게 결합되어 있음을 의미 할 수도 있습니다. 그러나이 시트는 서로 약하게 상호 작용합니다.
- 시트는 공유 결합을 통해 연결되어 있지 않습니다. 그들의 원자는 런던 분산 힘을 통해 상호 작용합니다.
- 그래 핀 층은 흑연이 결정화되는 육각형 4 축 시스템의 "C"결정 학적 축과 평행하게 설정됩니다.
탄소 원자는 Buckminsterfullerenes로 알려진 구형 분자를 형성 할 수 있습니다. 그러나 흑연 시트 사이에 공유 결합이없는 이유에 대한 의문도 제기합니다.
- 다이아몬드는 3 차원 결합이 있지만 흑연과 그래 핀은 2 차원 결합을 가지고 있습니다.
- 우리가 알고 있듯이, 각 탄소 원자에 부착 된 4 개의 결합을 형성하려면 4 개의 원자 궤도를 혼합해야합니다.
- 우리는 각 탄소가 다른 3 개로 부착 될 때 흑연에 3 개의 채권 만 필요하다고 생각할 수 있습니다.
다이아몬드의 하이브리드 화
다이아몬드는 SP3 혼성화의 결과로 형성됩니다. 여기서, 하나의 궤도 및 3 개의 p 궤도가 혼합되어 4 개의 sp3 궤도를 형성합니다.
- SP3 하이브리드 화는 사면체 혼성화입니다.
- 이 궤도는 109.28도 각도를 형성합니다.
- 탄소 원자는 강력한 공유 결합을 통해 연결됩니다.
- 각 탄소 원자는 다이아몬드에서 다른 4 개의 인접 원자와 결합됩니다.
- 이 원자 각각은 인접한 원자의 다른 4 개와 함께 연결되어 있습니다.
- 따라서 거친 3 차원 구조가 형성되어 다이아몬드에게 경도를 부여합니다.
결론
흑연은 탄소의 다른 동화물 중 하나입니다. 동종 요소는 동일한 요소의 다양한 형태이지만 다른 특성이 있습니다. 흑연은 부드럽고 불투명하거나 검은 색 또는 회색이며 전기를 전도 할 수 있습니다. 그러나 다이아몬드는 또한 탄소의 동반이지만 그 특성은 흑연과 완전히 다릅니다. 흑연의 혼성화 결합 각인 120 °의 SP² 하이브리드 화는 다이아몬드에서는 109.28도 결합 각을 가진 SP3 하이브리드 화입니다. 또한, 다이아몬드의 탄소 원자는 3 차원 네트워크를 가지고 있지만 흑연에서는 2 차원입니다. 이 유대는 다이아몬드에 경도를 부여하고 흑연을 부드러운 재료로 만듭니다.
