松下蓄電池分析碳的同素異形體

       

碳的基本結(jié)構(gòu)形式或碳的同素異形體有無定形碳、石墨、金剛石，此外還有富勒烯系列碳。無定形碳可以通過加熱處理逐漸地轉(zhuǎn)變?yōu)榻咏Y(jié)構(gòu)，從無定形炭到完全石墨晶體結(jié)構(gòu)之間會形成許許多多的中間結(jié)構(gòu)，極為復雜，迄今仍不清楚。 現(xiàn)實情況是大部分碳素材料都屬于中間結(jié)構(gòu)的范疇。那么碳的同素異形體到底有哪些呢松下蓄電池小編就和大家共同分享這一內(nèi)容。 層間重疊結(jié)構(gòu)的石墨，通過高壓、高溫處理可以轉(zhuǎn)變?yōu)樗拿骟w結(jié)構(gòu)的金剛石。碳的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)基本上依賴于碳原子彼此的聯(lián)結(jié)方式以及晶體(微晶)的聚集方式等。碳的同素異形體列于表2—3中。 現(xiàn)在將最為常見的幾種碳的同素異構(gòu)體分別加以介紹。 (1)石墨 石墨晶體是一種層狀晶格，它是碳原子以sp’雜化軌道的正六角環(huán)，在其平面上聯(lián)結(jié)成巨大的網(wǎng)平面堆疊而成的。石墨的一個網(wǎng)平面是碳原子六角環(huán)的無限集結(jié)體。從這一觀點來看：可將其看作縮合稠環(huán)芳烴的巨大分子(層狀分子)，網(wǎng)平面內(nèi)碳原子之間的結(jié)合是強中間型鍵(共價鍵與金屬鍵的混合型鍵)，網(wǎng)平面間的結(jié)合是范德華(力)鍵。 石墨中那些層狀分子(網(wǎng)平面)平行堆疊，但層與層間的碳原子不是正對著的，而是依次錯開六方格對角線的一半，這樣使結(jié)構(gòu)變得更加細而致密，這好像是球形密堆積相錯開半個球的狀態(tài)。正由于層的錯開情況各異，理想的石墨晶體可分為六方晶系與菱石體晶系。石墨晶體就是這樣的層面重疊結(jié)構(gòu)。由于碳原子在每一層內(nèi)有很強的共價鍵結(jié)合，而層與層之間卻以丌電子的微弱的范德華力相結(jié)合，所以石墨晶體中存在有高度的各向異性，在與層平面相平行的方向上表現(xiàn)出金屬性，而與層平面垂直的方向上則呈現(xiàn)出非金屬性；并且層間可能產(chǎn)生滑動，而表現(xiàn)出潤滑性。 最近有人提出石墨結(jié)構(gòu)的新模型，其依據(jù)是由于石墨性質(zhì)由六方晶系或菱石體晶系所作出的結(jié)構(gòu)給出的說明與試驗結(jié)果不符。原來玻林(Pauling)的假說是在原有結(jié)構(gòu)中網(wǎng)平面內(nèi)的三個碳—碳(C—C)原子間鍵因相等的共振而穩(wěn)定的。在石墨的層平面內(nèi)碳—碳原子間鍵應比金剛石的鍵還要強；顯然用玻林的這一說法是無法解釋的，因此提出了有關(guān)石墨的新結(jié)構(gòu)模型 松下蓄電池提示您：新結(jié)構(gòu)模型中，各個碳—碳鍵不再是具有相等的4／3鍵級，而是在三個鍵中有兩個具有15％，一個具有70％的雙鍵特征，鍵的距離為0．1453～50．1357nm。 由玻林提出的結(jié)構(gòu)模型指出：沿著層面方向應該是各向異性的，但是迄今對石墨的各種物性測定的結(jié)構(gòu)表明并不存在各向異性。因此，這種模型是否妥當，還需今后進行更精密的測試才能證實。 (2)富勒烯(Fullerence)與碳納米管(Carbon nanoTube) 富勒烯是碳原子以sp2雜化為主，混有sp3雜化而形成的球狀結(jié)構(gòu)。Cs。是由20個正六角形和12個正五角形構(gòu)成的球形體，其中正五角形都被正六角形隔開，球形的正五角形和正六角形的頂點共60個，每個頂點都有一個碳原子，每個碳原子都以兩個單鍵與一個雙鍵和相鄰的3個碳原子相連，具有極高的對稱性。這說明C。。要比其他C。碳分子穩(wěn)定。這個球形體結(jié)構(gòu)的碳分子命名為“BuckmisTerFullerence'’，簡稱“富勒烯”(Fullerence或Buckyball)。圖2—3(a)為富勒烯的結(jié)構(gòu)示意圖。 目前已經(jīng)證實：富勒烯系列有許多種物質(zhì)，但主要還是Cs。，其次是C，。高次富勒烯，由于結(jié)構(gòu)變形，碳原子數(shù)目越多，就會有更多的異構(gòu)體。 碳納米管[圖2—3(b)]可以看作是由石墨平面(或稱石墨烯層)卷繞起來的無縫納米級管(GrapheneTabule)，直徑幾個納米(nm)。石墨層卷繞的方式有異，可得到不同的納米管。層數(shù)可以是單層，也可以是多層。 (3)金剛石 金剛石具有sp3雜化軌道，中心與四角的碳原子形成一個正四面體的基本結(jié)構(gòu)。晶格中一個原子與相鄰的四個原子連成具有正四面體結(jié)構(gòu)的基本情況，存在立方晶系與六方晶系兩種可能的晶系。 天然金剛石與人造金剛石一般都是立方晶系(ACBAC……序列)和六方晶系(ABAB．…．·序列)的金剛石，通常把這兩種結(jié)構(gòu)的金剛石分別叫做立方金剛石與六方金剛石。 立方金剛石晶胞中有8個碳原子，其理論密度為3．514g／cm3。 六方金剛石的晶體中，每個碳原子與相鄰四個碳原子的共價鍵結(jié)合，具有正四面體結(jié)構(gòu)，而是六方晶胞，晶胞中含有四個碳原子，其理論密度為3．52g／cm3。 自然界中存在最多的是立方金剛石，六方金剛石在自然界中也被命名為“I。Onsdaleite”。 出自：松下蓄電池