Графіт: відмінності між версіями

Як і в алмазі, у графіті кожен атом вуглецю утворює один з одним чотири зв'язки. Однак ці зв'язки не однакові. Три з них є σ-зв'язками, утвореними в результаті перекривання sp2-орбіталей атомів вуглецю. Усі вони розташовуються в одній площині під кутом 120°, утворюючи безперервну плоску сітку, що складається з правильних шестикутників, у кутах яких знаходяться атоми вуглецю. Четвертий <math>\pi\,</math>-зв'язок утворюється за рахунок перекривання пелюстків р-орбіталей вище і нижче площини, у якій розташовані атоми вуглецю. <math>\pi\,</math>-зв'язок утворює суцільну електронну хмару по всьому шару атомів вуглецю, як і у випадку металевого зв'язку. Вуглецеві шари графіту пов'язані дуже слабкими [[Міжмолекулярні сили|силами міжмолекулярної взаємодії]]. Ці особливості будови графіту й обумовлюють такі його властивості, як електропровідність, шаруватість тощо.

Графіт, якщо розглядати його ідеалізовану структуру, являє собою безперервний ряд шарів, рівнобіжних основній площині, що складаються з гексагонально зв'язаних один з одним атомів вуглецю (рис. 1.2). За взаємним зсувом цих шарів у площині розрізняють [[Гексагональний графіт|гексагональну]] та [[Ромбоедричний графіт|ромбоедричну форми]]. У гексагональній формі шари чергуються за схемою А-В-А-В…, а в ромбоедричній&nbsp;— за схемою А-В-С-А-В-С…

Описана структура характерна для монокристалічного графіту. Реальні тіла складаються з безлічі областей упорядкованості вуглецевих атомів, що мають кінцеві розміри, які відрізняються на кілька порядків для різних зразків вуглецевих тіл графітової чи графітоподібної структури. Структура цих областей може наближатися до ідеальних ґраток графіту чи відрізнятися від неї за рахунок перекручувань усередині шарів, так і за рахунок порушень їхнього чергування. Такі області упорядкованості називаються кристалітами і мають власні геометричні характеристики: L_а&nbsp;— середній діаметр, L_с&nbsp;— середня висота кристаліта і <math>d_{002}\,</math>-середня відстань між шарами графіту у кристаліті. Ці параметри визначаються за допомогою [[рентгеноструктурний аналіз|рентгеноструктурного аналізу]]. Крім того, у реальних графітових тілах є деяка кількість невпорядкованих атомів (аморфний вуглець), що займають простір між кристалітами чи впроваджені між шарами. Ці атоми можуть, знаходиться в sp, sp2 чи sp3&nbsp;— гібридному стані.

Особливість будови кристалічної ґратки графіту, включаючи наявність в ній вільних електронів, зумовлює його фізичні властивості: низьку [[твердість]], низький [[коефіцієнт тертя]], високу електропровідність, близьку до металів, металевий блиск, непрозорість тощо. Важливе промислове значення мають також висока [[теплопровідність]], [[вогнестійкість]], хімічна твердість, [[гідрофобність]], виключно висока жирність і [[пластичність]], висока здатність утворювати тонкі плівки на твердих поверхнях.

Графіт кристалізується в [[гексагональна сингонія|гексагональній сингонії]]; його шарувата кристалічна структура характеризується доволі міцним ковалентним гомеополярним зв'язком атомів вуглецю в межах шару, і досить слабким міжшаровим молекулярним зв'язком.