黒鉛の分子構造と結合角

グラファイトは炭素の同素体です。グラファイトの分子構造は、グラファイトにさまざまな固有の特性があるため、興味深い研究です。それは炭素の結晶形であり、その分子は層状に配置されています。これらの層は、炭素原子の六角形のリングで構成されています。グラファイトは炭素の最も安定した形態であり、この形態で自然に発生します。グラファイトは分子構造が優れているため、非常に優れた電気伝導体であり、電極、バッテリー、さらにはソーラー パネルなどの電子製品に使用されています。

黒鉛の種類

自然界にはいくつかの黒鉛鉱が発見されています。黒鉛鉱の種類は次のとおりです。

グラファイトの分子構造

グラファイト構造は、六角形のリングに配置された炭素原子の層で構成されています。各六角形のリングは、6 個の炭素原子で構成されています。層は、エッジで結合するリングによって形成されます。これらは、水素原子のないベンゼン環の配列として視覚化できます。グラファイトの層のこれらの炭素原子は、sp2混成状態にあります。 sp2分子軌道モデルによると、1つの炭素原子がさらに3つの炭素原子に結合しています。これらの炭素原子は 120° の角度で結合しています。これらのリングは大きなシートに配置されており、各シートはグラフェン層として知られています。層内の炭素-炭素結合の結合長は 1.418 です。グラファイトは 4 軸系で結晶化し、層は「C」結晶軸配置で配置されます。グラファイトの分子構造と結合角の重要性は、グラファイトの結晶構造で明らかになります。グラファイトは、その構造全体で原子とその層の 3 次元の順序が発達し、繰り返されるため、結晶構造を持っています。これが可能なのは、各レイヤーが「インデックス化」されているためです。これは次の方法で行われます:

各レイヤーは、特定の方法で上下のレイヤーに整列します。

この配置は、各 2 番目のレイヤーがこの配置システムを繰り返すように配置されます。

これは、第 1 層の炭素原子が第 3 層の炭素原子と整列し、第 2 層の炭素原子が第 4 層の炭素原子と整列していることを意味します。

sp2 ハイブリダイゼーション状態

炭素原子が存在する sp2 混成状態により、シグマ成分とパイ成分の 2 種類の結合成分が可能になります。シグマ結合成分は、2 次元構造で可能な最強の結合成分の 1 つです。カーボンファイバーとカーボンナノチューブの強度を説明します。結合のシグマ成分は、グラフェン層内でも非常に強力です。これは硬い結合であり、ダイヤモンドの sp3 混成状態に似ています。

シグマ結合コンポーネントの固い結合は、グラフェン層間の結合に強度を提供しません。したがって、シグマ結合は層を上方向または「c」方向に結合しません。これらのレイヤーは、位置合わせと安定化距離を維持するためのサポートを必要とします。これは、pi 結合コンポーネントによって提供されます。炭素原子の sp2 ネットワークの pi 軌道は、グラフェン シート内で互いに重なり合っています。この重なりにより、隣接するグラフェンシートの炭素原子間に弱い電気結合が形成されます。

結論

グラファイトの分子構造は、グラファイトのさまざまな特性を説明しています。また、その独自性にも責任があります。グラファイトの分子構造と結合角の重要性は、それが物質の性質にさまざまな形で影響を与えることから明らかです。したがって、その研究は不可欠になります。