A grafit és a gyémánt összehasonlítása

A periódusos rendszer IV. főcsoportját első eleme után széncsoportnak nevezzük. A szén négy vegyértékelektronnal rendelkezik, szerkezetének köszönhetően gyakorlatilag megalapozat a szénalapúnak is nevezett földi életet. Gyakorlatilag minden szerves anyagban megtalálható, a szén ilyenfajta vegyületeivel a szerves kémia foglalkozik. A természetben 3 izotópja fordul elő, a 12-es, 13-as, és 14-es, a 12-es fordul elő döntő többségben, a 14-es pedig olyan ritka és speciális, hogy radiokarbonos kormeghatározásra is használható.

A szén rendelkezik három nagyon jellegzetes allotrop módosulattal, a grafit, a gyémánt, és a 60 szénatomból álló molekularácsos fullerén.

Allotrópiának nevezzük egy kémiai elemnek azonos halmazállapotú, de többféle molekulaszerkezetű vagy különböző kristályszerkezetű változatban való előfordulását.

Gyémánt:

Atomrácsot alkot, 1 szénatom másik néggyel kovalens kötéses kapcsolatot alakít ki, tetraéderes szerkezetet létrehozva. Minden atomot 4 kovalens kötés tart össze, s mivel a rácspontokon atomok helyezkednek el, atomrácsnak nevezzük.

Színtelen, szagtalan, szilárd halmazállapotú, a legkeményebb természetes anyag a Földön. Olvadáspontja rendkívül magas, 3750 C°, természetes körülmények között forráspontja nincsen! Sűrűsége 3,51 g/cm³. Nagy fénytörő képességgel rendelkezik, átlátszó lehet, de sokszor idegen anyagok színesre festik. Oldószere nincs, áramot nem vezeti.

Grafit:

Ún. rétegrácsot alkot, ami átmenet az atomrács és fémrács között. A grafitkristályrácsban a szénatomok hatszögek csúcspontjain helyezkednek el, a gyűrűk pedig egy síkban vannak, amely síkokban minden C atom három másikhoz tud kovalens kötéssel kapcsolódni. A negyedik elektron egyfajta delokalizált elektronrendszert alkot a rétegekben. Adott síkok egymástól távolabb kerülnek, mint a rétegeken belüli szénatomok. A rétegek már nem kötődnek olyan szorosan egymáshoz, ugyanis őket már csak másodrendű diszperziós kölcsönhatás tartja össze, ezért is mozdulnak el, válnak le könnyebben.

Ebből kifolyólag a grafit sokkal lágyabb, mint a gyémánt, könnyen hasad; húzással, karcolással nyomot hagy a papíron. Puhaságát annak köszönheti, hogy a gyenge összetrató erő vonzotta rétegek könnyen elcsúsznak egymáson. Szerkezetéből kifolyólag az áramot jól vezeti, ellenben a gyémánthoz hasonlóan oldószere nem ismert. Hővezetőnek sem utolsó! Áramvezetése a delokalizált elektronok miatt lehetséges.

A grafit sötétszürke, átlátszatlan, szagtalan, szilárd halmazállapotú. Olvadáspontja a gyémánthoz hasonlóan 3750 C°, míg forráspontja 4827 C°. Sűrűsége 2,26 g/cm³.

Mind a grafitról, mind a gyémántról megállapítható, hogy közönséges hőmérsékleten kémiailag passzív, csak igen magas hőfokon égethetőek el, akkor CO₂-vé alakulnak.