Электронные свойства и структура связей графита

Как показано на рис. 3.5, графит имеет слоистое строение, кристаллическая структура образует две разновидности гексагональную и ромбическую, В первой положение чередующихся слоев и атомов углерода по вертикали повторяется череа один слой, а во второй — череа два слоя. Гексагональная кристаллическая структура является стабильной формой. При пропускании электрического тока графит обнаруживает поразительную анизотропию удельное сопротивление вдоль слоев составляет от 4-Ю" до 7-10 Ом-см, а в направлении, перпендикулярном слоям,— от 1-10 до 5-10- Ом-см. Как считают, это объясняется тем, что атомы углерода образуют между собой зр -гибридизованные а-связи, а в направлении, перпендикулярном слоям, электроны (л-электроны) свободно перемещаются вдоль поверхности слоя. Химически графит более реакционноспособен, чем алмаз, при высокой температуре он соединяется с кислородом, медленно превращаясь в диоксид углерода. Графит окисляется также такими сильными окислителями, как азотная кислота и др. образующийся так называемый окисленный графит представляет собой химическое соединение сложной структуры, содержащее кислород и водород. Кроме того, графит способен включать в промежутки между слоями атомы, молекулы и ионы, давая соединения, многие из которых проявляют замечательные свойства (гл. 5, разд. 2). [c.102]

Графит состоит из непрерывного ряда слоев, параллельных основной плоскости, гексагонально связанных атомов углерода. Ближайшее расстояние между атомами в плоскости, равное стороне шестиугольника, составляет 1,42 А. Располагая слои в той пли иной последовательности, можно получить различные структуры графита. Атомы углерода в слое связаны тремя равноценными с-связями. Дополнительные связи образуются я-электро-нами, орбитали которых несколько перекрываются. Коллективизация я-электронов в графитовом слое придает его электрическим и оптическим свойствам металлический характер. Величина энергии связи между атомами углерода в плоскости составляет по различным данным от 340 до 420 кДж/г-атом, а величина энергии связи между слоями не превышает 42—84 кДж/г-атом [ 1 ]. [c.20]

Важными являются химические свойства УМ, в частности взаимодействия с газами, С кислородом графит не взаимодействует до 400°С. Скорость реакции с кислородом и диоксидом углерода (IV) повышается с ростом температуры. Однако при 2600-2700°С имеется явно выраженный минимум реакционной способности по диоксиду углерода, что связано с изменением кристаллической структуры. На реакционную способность графитов существенно влияют примеси некото-рь1х металлов, например железа, меди, ванадия, натрия, которые могут служить катализаторами. ДЛя повышения стойкости графита против окисления применяют покрытия металлами, карбидами, боридами, нитридами и т.д. Ингибиторами окисления графита являются хлор и фосфорсодержащие соединения. Графит взаимодействует с расплавленными металлами, образуя карбиды. Растворимость углерода в металлах связана с дефектностью электронной полосы. [c.217]

В отличие от трехмерной структуры алмаза структура другой модификации углерода — графита — двухмерная слоистая. Атомы углерода (в 5р -состоянии) внутри каждого слоя связаны между собой очень прочно ковалентными связями, но между соседними слоями взаимодействия более слабые. Этим объясняются мягкость графита и его смазывающие свойства. Четвертый валентный электрон углерода не локализован, поэтому графит, как и металлы, обладает электрической проводимостью. [c.35]

Каталитическая активность активированного угля может быть объяснена, с одной стороны, его атомной кристаллической структурой, с другой — наличием на его поверхности окислов металлов, с третьей — хорошими адсорбционными свойствами. Активированный уголь является разновидностью аморфного углерода, кристаллическая структура которого тождественна со структурой графита. В атомных кристаллах типа графита атомы углерода в продольном слое связаны ст-связями, а слои между собой я-связями. Электроны я-связей подвижны, поэтому графит обладает сравнительно высокой электропроводностью. [c.70]

Рассматривая ответы учащихся на вторые вопросы обоих вариантов задапай, подчеркивают такие черты сходства в строении алмаза и графита, как наличие в их кристаллических решетках атомных связей. У алмаза кристаллическая решетка типично атомная, тетраэдрическая, у графита между атомами углерода, расположенными в одной плоскости, атомные связи, а между атомами углерода разных плоскостей связи, похожие на металлическую. Электроны, осуществляющие такие связи, находятся в общем пользовании не двух атомов, а всех атомов данного слоя. Таким отличием в строении алмаза и графита объясняется отличие в свойствах этих двух веществ. Подобно металлам, графит имеет серый цвет, обладает слабым металлическим блеском, электрической проводимостью. Однако графит отличается от алмаза и такими свойствами, как мягкость, способность отщеплять с поверхности плоские чешуйки, разделяться на атомные слои. Это свойство графита не может бьпь объяснено металлическим характером связей между атомными слоями, так как металлические связи весьма прочны. Исследование внутренней структуры графита показало, что слои атомов в нем удалены друг от друга на значительно большее расстояние, чем атомы в одном слое. Можно считать, что в отличие [c.133]

Электронные свойства углей и графитов широко изучали [1—4] в последние два десятилетия, однако сравнительно мало внимания было уделено изучению термо-электродвижушей силы (тер-мо-э. д. с.) графита, и особенно вопросам теории. Частично это связано с трудностью получения однородных беспримесных графитовых тел, которые имели бы достаточные размеры для проведения термо-электрических исследований. Кроме того, отсутствовала теория, с которой можно было бы сопоставлять экспериментальные данные. Не удивительно поэтому, что влияние хемосорбции газов на термо-э.д.с. графита практически не было изучено, несмотря на то что графит — идеальный объект для проведения таких исследований. Как будет показано ниже, графит обладает единственной в своем роде я-зонной структурой, причем концентрации положительных и отрицательных носителей близки по величине, а общая концентрация носителей мала по сравнению с металлами (10 /слг вещества). Поэтому термо-э. д.с. очень чувствительна к любому процессу, например хемосорбции кислорода, в результате которого происходит захват отрицательного носителя. [c.328]

Химические свойства графита также обусловлены его кристаллической структурой. Замечательная его особенность состоит в том, что при некоторых реакциях структура кристалла разрушается не полностью. В первую очередь разрываются только связи между атомными слоями, сами же слои остаются нетронутыми. Таковы реакции с сильными окислителями (HNO3, НСЮз, СгОз), приводящие к образованию графитовой окиси. При этом кристаллы графита сохраняют свою форму, но становятся неэлектропроводными и прозрачными. Из рентгенограмм видно, что строение атомных слоев кристалла графита сохраняется, но расстояние между ними сильно увеличивается. Это объясняется тем, что кислород входит в пространство между атомными слоями и захватывает подвижные электроны. Вследствие этого графит теряет металлические свойства и превращается в диэлектрик. [c.41]

Свойства графита определяются его структурой. Вследствие слабых связей между атомами на удаленном расстоянии кристаллы графита легко смещаются по этим связям, создавая легкое скольжение. Этим объясняется хорошая самосмазываемость графита. Наличие металлических связей со свободными электронами обусловливает высокую теплопроводность и электропроводность. Если уголь имеет теплопроводность 4,5 ккал1м час °С, то графит до 130 кшл1м час-°С. [c.21]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология