Kim cương và than chì là các dạng thù hình

Câu hỏi: Kim cương và than chì là các dạng thù hình của nguyên tố cacbon nhưng lại có nhiều tính chất khác nhau như độ cứng, khả năng dẫn điện, … là do nguyên nhân nào ?

Lời giải 

- Kim cương và than chì là các dạng thù hình của nguyên tố cacbon nhưng lại có nhiều tính chất khác nhau như độ cứng, khả năng dẫn điện, … là do cấu tạo mạng tinh thể khác nhau. 

- Kim cương là các tinh thể khối lập phương đối xứng. Nó được liên kết trên mạng lưới các hình lập phương. Bên trong chúng có chứa các nguyên tử cacbon bậc 4, mỗi nguyên tử cacbon liên kết với bốn nguyên tử cacbon lân cận nằm trên các đỉnh của hình tứ diện đều bằng bốn liên kết cộng hóa trị bền tạo ra 1 mạng lưới các nguyên tử liên kết chắc chắn với nhau. Đây được xem là lý do tại sao kim cương có cấu trúc vững chắc cao. 

- Cấu trúc than chì có dạng cacbon bậc 3, nghĩa là một nguyên tử cacbon ở đây sẽ liên kết với ba nguyên tử cacbon khác nhưng chúng lại không liên kết tạo thành cấu trúc vững chắc về khối mà lại có đặc điểm sự xếp lớp đặc trưng của than chì trong đó khoảng cách giữa các lớp khá lớn. Dù liên kết nguyên tử trong mỗi lớp là các liên kết cộng hóa trị và khá mạnh (tương đương kim cương) nhưng liên kết giữa các lớp với nhau lại rất yếu. Kết quả của sự sắp xếp này là các lớp trượt lên nhau và có thể tách khỏi nhau dễ dàng. Những liên kết yếu giữa nhiều lớp nguyên tử carbon làm cho than chì được sử dụng phổ biến trong bút chì và có thể gọt dễ dàng.

Cùng Top lời giải tìm hiểu chi tiết hơn về kim cương và than chì nhé!

- Cacbon (tiếng Latinh carbo có nghĩa là “than đá”) đã được phát hiện từ thời tiền sử và đã được người cổ đại biết đến, họ đã sản xuất than bằng cách đốt các chất hữu cơ khi không có đủ ôxy (làm than)

- Cacbon ở ô thứ 6, nhóm IVA, chu kì 2 của bảng tuần hoàn.

- Cấu hình electron của nguyên tử cacbon là 1s² 2s² 2p².

- Các số oxi hóa của cacbon là -4, 0, +2 và +4

- Kim cương và than chì là hai dạng thù hình của các bon phổ biến nhất đặc trưng nhất, được nhiều người biết đến và quan tâm nhất. 

1. Tính chất vật lí

* Kim cương

- Là chất tinh thể trong suốt, không màu, không dẫn điện, dẫn nhiệt kém.

- Có cấu trúc tinh thể nguyên tử và cứng nhất trong tất cả các chất.

* Than chì

- Là chất tinh thể màu xám đen, dẫn điện tốt.

- Tinh thể than chì có cấu trúc lớp nên mềm.

2. Sản lượng và phân bố của kim cương và than chì

- Khoảng 49% kim cương được khai thác ở Trung Phi và Nam Phi. Tuy nhiên, tính đến năm 2018, Nga là quốc gia có trữ lượng kim cương lớn nhất thế giới với khoảng 650 triệu carat. Sản lượng của kim cương là điều mà người ta chưa thể tính được chính xác trong tự nhiên.

- Kim cương được tìm thấy ở gần các miệng núi lửa đã ngưng hoạt động. Ở nơi này là nơi xảy ra những địa chất mạnh cùng với đó là nhiệt độ cao, áp suất cao. Đây được xem là điều kiện thích hợp khai thác.

- Kim cương và than đá cũng có mối liên hệ về nhiệt độ và áp suất trên. Một số nơi khai thác kim cương họ tìm thấy than anthracite. Nó là loại than có độ cứng và bán kim loại cao.

- Nơi được khai thác than chì lớn nhất hiện nay được biết tới là Trung Quốc. Đứng sau ngành công nghiệp khai thác của Trung Quốc là Ấn Độ và Brazil. Đây là các nước có sản lượng than chì lớn cung cấp cho toàn thế giới hiện nay. Qua các năm nhu cầu sử dụng của thị trường tăng. Ta thấy được sự tăng 10% sản lượng khai thác qua các năm.

3. Ứng dụng

- Kim cương được dùng làm đồ trang sức, chế tạo mũi khoan, dao cắt thủy tinh, làm bột mài.

- Than chì được dùng làm điện cực, làm nồi để nấu chảy các hợp kim chịu nhiệt, chế tạo chất bôi trơn, làm bút chì đen.

4. Điều chế

- Kim cương nhân tạo được điều chế bằng cách nung than chì ở khoảng 2000^oC, dưới áp suất 50 đến 100 nghìn atmotphe với chất xúc tác là sắt, crom hay niken.

- Than chì nhân tạo được điều chế bằng cách nung than cốc ở 2500 - 3000^oC trong lò điện, không có mặt không khí.