Άνοιγμα κυρίου μενού

Αλλαγές

μ
[[Αρχείο:Eight Allotropes of Carbon.svg|μικρογραφία|300px|Αλλοτροπικές μορφές του άνθρακα.]]
 
Ο [[ατομικός άνθρακας]] είναι ένα πολύ βραχύβιο χημικό είδος και γι' αυτό ο (στοιχειακός) άνθρακας σταθεροποιείται σε διάφορες πολυατομικές δομές με διάφορες μοριακές διαμορφώσεις, που ονομάζονται αλλοτροπικές μορφές του άνθρακα. Οι τρεις (3) (σχετικώς) ευρύτερα γνωστές από τις αλλοτροπικές μορφές του άνθρακα είναι ο άμορφος άνθρακας, ο γραφίτης και το διαμάντι. Υπάρχουν όμως και άλλες. Για παράδειγμα, τα [[φουλερένιο|φουλερένια]] (''fullerenes'') θεωρούνταν κάποτε «εξωτικές» αλλοτροπικές μορφές, αλλά αυτόν τον καιρό συχνά συνθέτονταισυντίθενται και χρησιμοποιούνται στην έρευνα. Περιλαμβάνουν τις [[μπακιμπάλες]] (''buckyballs'')<ref name="buckyballs"/><ref>Ebbesen, T. W., ed. (1997). ''Carbon nanotubes—preparation and properties''. Boca Raton, Florida: CRC Press. ISBN 0-8493-9602-6.</ref>, τους [[νανοσωλήνας άνθρακα|νανοσωλήνες άνθρακα]] (''carbon nanotubes'')<ref name="nanotubes2">Dresselhaus, M. S.; Dresselhaus, G.; Avouris, Ph., ed. (2001). "Carbon nanotubes: synthesis, structures, properties and applications". Topics in Applied Physics (Berlin: Springer) 80. ISBN 3-540-41086-4.</ref>, τα [[νάνομπαντς άνθρακα]] (''carbon nanobuds'')<ref name="nanobuds">Nasibulin, Albert G.; Pikhitsa, P.V.; Jiang, H.; Brown, D. P.; Krasheninnikov, A.V.; Anisimov, A. S.; Queipo, P.; Moisala, A. et al. (2007). "A novel hybrid carbon material". Nature Nanotechnology 2 (3): 156–161. Bibcode:2007NatNa...2..156N. doi:10.1038/nnano.2007.37. PMID 18654245.</ref> και τα [[Ανθρακόνημα|νανοανθρακονήματα]] (''nanofibers'')<ref>Nasibulin, A; Anisimov, Anton S.; Pikhitsa, Peter V.; Jiang, Hua; Brown, David P.; Choi, Mansoo; Kauppinen, Esko I. (2007). "Investigations of NanoBud formation". Chemical Physics Letters 446: 109–114. Bibcode:2007CPL...446..109N. doi:10.1016/j.cplett.2007.08.050.</ref><ref>Vieira, R; Ledoux, Marc-Jacques; Pham-Huu, Cuong (2004). "Synthesis and characterisation of carbon nanofibers with macroscopic shaping formed by catalytic decomposition of C2H6/H2 over nickel catalyst". Applied Catalysis A 274: 1–8. doi:10.1016/j.apcata.2004.04.008.</ref>. Αρκετές ακόμη εξωτικές αλλοτροπικές μορφές του άνθρακα έχουν ανακαλυφθεί, όπως ο [[λονσδαλεΐτης]] (''lonsdaleite'')<ref name="lonsdaletite">Clifford, Frondel; Marvin, Ursula B. (1967). "Lonsdaleite, a new hexagonal polymorph of diamond". Nature 214 (5088): 587–589. Bibcode:1967Natur.214..587F. doi:10.1038/214587a0.</ref>, ο [[υαλώδης άνθρακας]] (''glassy carbon'')<ref name="glassy carbon">Harris, PJF (2004). "Fullerene-related structure of commercial glassy carbons". Philosophical Magazine 84 (29): 3159–3167. Bibcode:2004PMag...84.3159H. doi:10.1080/14786430410001720363.</ref>, ο [[νανοαφρός άνθρακα]] (''carbon nanofoam'')<ref>Rode, A. V.; Hyde, S. T.; Gamaly, E. G.; Elliman, R. G.; McKenzie, D. R.; Bulcock, S. (1999). "Structural analysis of a carbon foam formed by high pulse-rate laser ablation". Applied Physics A-Materials Science & Processing 69 (7): S755–S758. doi:10.1007/s003390051522.</ref> και το [[καρβύνιο]] (''carbyne'') ή «[[γραμμικός ακετυλενικός άνθρακας]]» (''linear acetylenic carbon'')<ref name="LAC">Heimann, Robert Bertram; Evsyukov, Sergey E. and Kavan, Ladislav (28 February 1999). Carbyne and carbynoid structures. Springer. pp. 1–. ISBN 978-0-7923-5323-2. Retrieved 2011-06-06.</ref>
 
Ο άμορφος άνθρακας είναι μια αλλοτροπική μορφή σταστην οποία τα άτομα άνθρακα έχουν μια διευθέτηση σε μια μη κρυσταλλική, ακανόνιστη, υαλώδη κατάσταση, που είναι ουσιαστικά γραφίτης, αλλά χωρίς να έχει μια κρυσταλλική μακροδομή. Βρίσκεται ως μια (πιθανώς συγκολλημένη) σκόνη, και είναι το κύριο συστατικό ουσιών όπως το [[ξυλοκάρβουνο]], η [[αιθάλη]] και ο [[ενεργός άνθρακας]]. Σε κανονικές πιέσεις ο άνθρακας παίρνει τη μορφή γραφίτη, στον οποίο κάθε άτομο σχηματίζει (ομοιοπολικούς) δεσμούς [[τρίγωνο|τριγωνικά]] με τρία (3) άλλα άτομα άνθρακα, σε ένα [[επίπεδο]], που αποτελείται από «συμπυκνωμένους»<ref>Δηλαδή με τουλάχιστον μία κοινή πλευρά.</ref> [[εξάγωνο|εξαγωνικούς]] δακτυλίους, ακριβώς σαν κι αυτούς στους [[αρωματικοί υδρογονάνθρακες|αρωματικούς υδρογονάνθρακες]]<ref>Jenkins, Edgar (1973). The polymorphism of elements and compounds. Taylor & Francis. p. 30. ISBN 0-423-87500-0. Retrieved 2011-05-01.</ref>. Το αποτέλεσμα αυτής της σύνδεσης είναι ένα δισδιάστατο δίκτυο από επίπεδα φύλλα που στοιβάζονται (το ένα πάνω στο άλλο) και ενώνονται χαλαρά με αδύναμους δεσμούς μέσω [[δυνάμεις van der Waals|δυνάμεων van der Waals]]. Αυτή η δομή δίνει στο γραφίτη τη μαλακότητά του και τις διασπαστικές του ιδιότητες (τα χαλαρά συνδεδεμένα φύλλα εύκολα γλιστρούν το ένα πάνω από το άλλο). Επίσης, εξαιτίας της διάχυσης του ενός από τα τέσσερα (4) ηλεκτρόνια της εξωτερικής στοιβάδας κάθε ατόμου άνθρακα σε ένα σχηματισμό [[Νέφος π ηλεκτρονίων|(διάχυτου δεσμικού) νέφους π]], ο γραφίτης άγει το ηλεκτρικό ρεύμα, αλλά μόνο κατά το επίπεδο κάθε σχηματιζόμενου «φύλλου» του δικτύου ομοιοπολικών δεσμών. Αυτό καταλήγει σε ένα χαμηλότερο επίπεδο ηλεκτρικής αγωγιμότητας για το γραφίτη σε σύγκριση με τα περισσότερα μέταλλα. Η διάχυση των ηλεκτρονίων επίσης συνεισφέρει στην ενεργειακή σταθεροποίηση του γραφίτη, σε σύγκριση με το διαμάντι, σε θερμοκρασία δωματίου.
 
Σε πολύ υψηλές πιέσεις, τα άτομα άνθρακα σχηματίζουν την πιο συνεκτική αλλοτροπική δομή του διαμαντιού, το οποίο έχει σχεδόν διπλάσια [[πυκνότητα]] σε σύγκριση με το γραφίτη. Στο διαμάντι κάθε άτομο άνθρακα σχηματίζει ομοιοπολικούς δεσμούς σε [[τετράεδρο|τετραεδρική]] δομή με τέσσερα (4) άλλα άτομα άνθρακα, σχηματίζοντας έτσι ένα τρισδιάστατο δίκτυο από συμπτυγμένους εξαμελείς δακτυλίους ατόμων. Το διαμάντι έχει την ίδια [[κύβος|κυβική]] κρυσταλλική δομή που έχει το [[πυρίτιο]] και το [[γερμάνιο]], αλλά επειδή η ισχύς των δεσμών C-C είναι πολύ ισχυρότερη, το διαμάντι είναι το σκληρότερο γνωστό υλικό που εμφανίζεται στη φύση, ως προς την αντίσταση στη χάραξη. Αντίθετα από το δημοφιλές μότο «τα διαμάντια είναι για πάντα» (''diamonds are forever''), στην πραγματικότητα είναι [[θερμοδυναμική|θερμοδυναμικά]] ασταθή στις κανονικές συνθήκες και γι' αυτό (σταδιακά) μετατρέπονται σε γραφίτη<ref name="therm prop"/>. Ωστόσο, εξαιτίας του υψηλού ενεργειακού εμποδίου ενεργοποίησης της διεργασίας, η μετατροπή του διαμαντιού σε γραφίτη είναι τόσο εξαιρετικά αργή, σε θερμοκρασία δωματίου, ώστε περνά απαρατήρητη. Κάτω από ορισμένες συνθήκες, ο άνθρακας κρυσταλλώνεται σαν λονσδαλεΐτης. Στη μορφή αυτή έχει μια εξαγωνική κρυσταλλική δομή στην οποία όλα τα άτομα συνδέονται ομοιοπολικά. Γι' αυτόν το λόγο, όλες οι ιδιότητες του λονσδαλεΐτη είναι πολύ κοντά σε αυτές του διαμαντιού<ref name="lonsdaletite"/>.
3.563

επεξεργασίες