شیمی دوازدهم صفحه ۷۲ - خود را بیازمایید
۱- گرافیت و الماس از جمله دگرشکلهای طبیعی کربن بوده که جزو جامدهای کووالانسی هستند. با توجه به ساختارهای زیر به پرسشها پاسخ دهید.
(تصویر شامل ساختار (۱) الماس با چیدمان چهاروجهی و ساختار (۲) گرافیت با چیدمان لایهای ششضلعی است.)
پاسخ تشریحی و گام به گام شیمی دوازدهم صفحه ۷۲ - خود را بیازمایید
سلام به شیمیدانهای عزیز! در این بخش میخواهیم دو غول دنیای عناصر یعنی **الماس** و **گرافیت** را با هم مقایسه کنیم.
با وجود اینکه هر دو ماده فقط از اتمهای **کربن** ساخته شدهاند، اما تفاوت در نحوه اتصال اتمها باعث شده ویژگیهای کاملاً متفاوتی داشته باشند.
در ساختار شماره (۱) که مربوط به **الماس** است، هر اتم کربن با پیوندهای اشتراکی قوی به چهار اتم کربن دیگر متصل شده و یک شبکه **سهبعدی** صلب و بسیار مستحکم ساخته است.
در ساختار شماره (۲) که مربوط به **گرافیت** است، اتمهای کربن در هر لایه با پیوند اشتراکی به سه اتم دیگر متصل شده و حلقههای ششضلعی ساختهاند.
این لایهها توسط نیروهای ضعیف واندروالسی روی هم قرار گرفتهاند و به راحتی روی هم میلغزند.
شیمی دوازدهم صفحه ۷۲ - تمرین آ تا ت
آ) کدام ساختار، جامد کووالانسی با چینش دوبعدی اتمها و کدام یک، جامد کووالانسی با چینش سهبعدی اتمها را نشان میدهد؟
ب) با توجه به اینکه گرافیت موجود در مغز مداد بر روی کاغذ اثر به جا میگذارد، کدام ساختار با این ویژگی همخوانی دارد؟ توضیح دهید.
پ) چرا در ساخت متهها و ابزار برش شیشه از الماس استفاده میشود؟
ت) کدام چگالی ($2/27$ یا $3/51$ گرم بر سانتیمتر مکعب) را میتوان به گرافیت نسبت داد؟ چرا؟
پاسخ تشریحی و گام به گام شیمی دوازدهم صفحه ۷۲ - تمرین آ تا ت
بیایید به صورت علمی این تفاوتها را کالبدشکافی کنیم:
**پاسخ بخش آ:**
ساختار شماره (۲) مربوط به **گرافیت**، یک جامد کووالانسی با چینش **دوبعدی** (لایهای) است.
ساختار شماره (۱) مربوط به **الماس**، یک جامد کووالانسی با چینش **سهبعدی** و شبکهای است.
**پاسخ بخش ب:**
ساختار شماره (۲) یعنی **گرافیت** با این ویژگی همخوانی دارد.
به دلیل وجود **نیروهای ضعیف بینلایهای**، لایههای گرافیت با وارد شدن فشارِ دست هنگام نوشتن، به راحتی از هم جدا شده و روی سطح کاغذ باقی میمانند.
**پاسخ بخش پ:**
الماس به دلیل ساختار سهبعدی و پیوندهای اشتراکی بسیار قوی در تمام جهات، **سختترین** ماده طبیعی شناخته شده است.
این سختی فوقالعاده باعث میشود الماس بتواند سختترین سطوح (مثل شیشه یا سنگهای معدنی) را بدون اینکه خودش آسیب ببیند، برش دهد یا سوراخ کند.
**پاسخ بخش ت:**
چگالی **$2/27\,g \cdot cm^{-3}$** متعلق به گرافیت است.
دلیل آن ساختار لایهای گرافیت است که باعث ایجاد **فضاهای خالی** قابل توجه بین لایهها میشود.
در حالی که در الماس، اتمها به صورت بسیار فشرده در یک شبکه متراکم کنار هم چیده شدهاند و فضای خالی بسیار کمی دارند، به همین دلیل چگالی الماس ($3/51$) بیشتر است.
