Than chì là một khoáng chất bao gồm cacbon. Than chì được tạo thành các lớp nằm ngang với các vòng sáu nguyên tử cacbon và các lớp này không nằm gần nhau.
Giá trị của than chì được sử dụng trong nhiều thứ, từ mỡ đến khoa học hiện đại, và ảnh hưởng đến nhiều lĩnh vực khác nhau.
Cấu trúc nguyên tử của than chì
Sự sắp xếp cacbon
Hãy tưởng tượng một tổ ong không được làm từ sáp mà chỉ từ các nguyên tử cacbon! Cấu trúc nguyên tử của than chì chính là bản chất cơ bản của nó.
Mỗi nguyên tử carbon trong một lớp liên kết chặt chẽ với ba nguyên tử khác, tạo thành một mạng lưới mạnh mẽ. Mỗi nguyên tử carbon nằm thoải mái ở giữa một vòng tròn sáu cạnh, tạo thành nhiều tấm lục giác kéo dài mãi mãi.
Thiết lập này, được gọi là lai hóa sp², cho phép mỗi nguyên tử carbon tạo ra ba liên kết cộng hóa trị mạnh với các nguyên tử lân cận gần nó. Điều này để lại một electron bổ sung có thể di chuyển khắp tấm. Các electron tự do này rất cần thiết cho nhiều tính năng độc đáo của than chì.
Liên kết
Không giống như kim cương, nơi mỗi nguyên tử carbon tạo ra bốn liên kết mạnh để giữ chúng lại với nhau trong một hình hộp cứng, các kết nối của than chì chỉ hướng theo một hướng. Các lực yếu giữa các lớp cho phép chúng trượt qua như bánh kếp trên vỉ nướng.
Kết nối độc đáo này cũng cho thấy lý do tại sao than chì có thể dẫn điện. Các electron tự do có thể di chuyển dễ dàng qua các tấm, vì vậy đây là lựa chọn hoàn hảo cho pin và điện cực.
So sánh với các dạng thù hình khác
Không giống như độ cứng của kim cương, than chì có các lớp uốn cong. Điều này cho thấy các loại carbon khác nhau có thể có hình dạng hoặc dạng thức khác nhau (các dạng thù hình). Trong khi kim cương được ghép lại thành tứ diện với mỗi nguyên tử carbon được kết nối với bốn nguyên tử khác, thì cấu trúc lục giác của than chì cho phép nó có các tính chất khác nhau. Khi xem xét than chì và fullerene, hình dạng tròn của fullerene khác rất nhiều so với cách than chì được tạo thành từ các lớp.
Tính chất vật lý của than chì
Màu sắc và hình thức
Màu sắc của than chì thay đổi từ màu kim loại sáng bóng đến màu xám đen. Vẻ ngoài độc đáo của nó khiến nó hấp dẫn hơn và dễ nhận biết hơn trong các mục đích sử dụng khác nhau. Màu sắc độc đáo này rất phù hợp cho bút chì, làm cho hình ảnh và bản vẽ trông sâu sắc và thú vị hơn.
Mật độ và Trọng lượng riêng
Even though it’s strong, graphite is surprisingly lighter compared with metal. The density of graphite is about approximately 1.7 g/cm³. Its many layers and open rooms let it stay on top in water. It also feels as light as a feather when you touch it. Because it’s not heavy, it is perfect for uses where weight is essential, such as airplane pieces and sports gear.
Điểm nóng chảy và điểm sôi
Mặc dù graphite có khả năng dẫn nhiệt tuyệt vời, nhưng nó cần 3.500°C để trở nên mềm và lỏng. Điểm nóng chảy cao này rất lý tưởng cho các ứng dụng nóng như những thứ được làm trong xưởng đúc và thậm chí là các bộ phận của lò phản ứng hạt nhân. Hãy nghĩ đến việc có một cây bút chì trong núi lửa, đó là mức độ nóng của graphite.
Độ dẫn điện (Điện và Nhiệt)
Khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt của than chì có liên quan chặt chẽ với nhau. Các electron chuyển động trong các lớp của nó dễ dàng chia sẻ cả nhiệt và điện.
Điều này giúp nó trở thành một công cụ dễ dàng để sạc pin, làm ấm đồ vật và thậm chí làm việc với màn hình cảm ứng. Hãy tưởng tượng điện thoại của bạn đang cuộn, hành động mượt mà đó là do tính dẫn điện của than chì.
Tính chất bôi trơn
Các lớp của than chì cho phép nó di chuyển dễ dàng giữa các lớp, khiến nó trở thành chất bôi trơn tuyệt vời. Điều này làm cho nó trở nên phổ biến trong những trường hợp cần ít trượt và chuyển động trơn tru. Điều này làm cho nó tuyệt vời cho ổ khóa, bánh xe và thậm chí cả bút chì.
Cấu trúc tinh thể của than chì
Sắp xếp mạng lưới lục giác
Các nguyên tử carbon của than chì xếp thành một hình lục giác trong các lớp phẳng. Điều này làm cho cấu trúc đẹp và chắc chắn. Thiết lập này giúp làm cho than chì trở nên đặc biệt, như khả năng dẫn điện và tính chất trơn trượt của nó.
Các lớp và lực liên phân tử
Các tấm than chì, giống như các mảnh xếp chồng lên nhau, có độ bền uốn cong và chuyển động tuyệt vời vì các kết nối yếu giữa các phân tử giữ chúng lại với nhau. Các lực này giúp các lớp dễ dàng di chuyển lên nhau. Điều này làm cho than chì hoạt động theo một cách độc đáo, có thể được sử dụng trong nhiều doanh nghiệp khác nhau.
Tính chất cơ học của than chì
Sức mạnh và độ cứng
Than chì bền và cứng, giúp nó bền lâu với nhiều mục đích sử dụng. Cấu trúc bền của nó có nhiều lớp. Mỗi liên kết giữa hai nguyên tử carbon trong một tấm đều bền, giữ nguyên dưới áp suất.
Tính linh hoạt và độ đàn hồi
Mặc dù kim cương cứng và dễ vỡ, nhưng các lớp đặc biệt của than chì lại khiến nó có khả năng uốn cong đáng ngạc nhiên.
Graphite dễ kéo giãn và uốn cong, khiến nó khó bị gãy trong các tình huống khác nhau. Tính linh hoạt này giúp bảo vệ chống lại sự căng thẳng hoặc hư hỏng khi mọi thứ di chuyển xung quanh. Các lực yếu giữa các tấm cho phép chúng uốn cong và xoắn mà không bị gãy. Điều này làm cho nó trở nên tuyệt vời cho các miếng đệm, mỡ và thậm chí cả bộ đệm chống sốc.
Bản chất dị hướng
Than chì không phải là vật liệu thông thường. Các đặc tính của nó thay đổi tùy thuộc vào việc bạn đẩy hay kéo theo những cách khác nhau. Nó mạnh và chắc dọc theo các đường nhưng yếu và dễ trượt giữa chúng. Đặc tính "một chiều" này rất tuyệt vời cho các mục đích sử dụng cần chi tiết hướng đặc biệt, chẳng hạn như la bàn và cục tẩy điện.
Tính chất hóa học của than chì
Phản ứng với Oxy
Than chì, một thành phần thường khá yên tĩnh trong thế giới hóa học, có thể gặp vấn đề với oxy khi mọi thứ nóng lên.
Khi nóng hơn 700 độ, vật liệu này bong ra từng lớp và biến thành carbon dioxide. Điều này giúp cung cấp nhiên liệu cho lửa và cung cấp năng lượng cho các lò nung lớn làm tan chảy mọi thứ. Tính năng này làm cho vật liệu bền hơn và tồn tại ở nhiều nơi khác nhau, đặc biệt là xung quanh không khí.
Khả năng chống axit và bazơ
Liên kết cacbon-cacbon mạnh và cấu trúc lớp của nó khó bị phá vỡ bởi hầu hết các loại axit và bazơ.
Điều này làm cho nó hoàn hảo cho các mục đích sử dụng như thành bên trong của lò phản ứng hóa học và thậm chí cả các thùng chứa có thể chứa kim loại nóng. Tính năng này làm cho nó tốt hơn ở những nơi nguy hiểm, giúp sử dụng nhiều loại đồ vật hơn.
Sự oxy hóa và ăn mòn
Than chì thay đổi rất nhiều khi trở nên rất nóng, nhưng thông thường, ở điều kiện tiêu chuẩn, sự thay đổi này diễn ra chậm và ổn định.
Nó từ từ rỉ sét hoặc mòn dần theo thời gian. Theo thời gian, oxy xung quanh nó dần dần tạo ra một lớp mỏng carbon dioxide trên bề mặt của nó. Sự mòn dần này không làm thay đổi các tính năng chính của nó, khiến nó trở thành một vật liệu bền và đáng tin cậy.
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao than chì được sử dụng làm chất bôi trơn?
Than chì được sử dụng như một vật trơn trượt vì các lớp của nó có thể di chuyển qua nhau. Điều này xảy ra vì các lực yếu giữ than chì lại với nhau. Vì vậy, nó có đặc tính trơn trượt và được sử dụng như một vật rắn trượt.
2. Tại sao than chì có thể dẫn điện nhưng kim cương thì không?
Than chì là một phi kim loại hiếm có thể dẫn điện. Trong than chì, một nguyên tử cacbon liên kết với ba nguyên tử cacbon khác và nếu có một điểm tự do hoặc lỏng lẻo có thể dẫn điện.
3. Tính chất hóa học chính của than chì là gì?
Vì liên kết giữa hai nguyên tử cacbon trong than chì rất mạnh nên nó có nhiệt độ nóng chảy và sôi cao. Chúng ta biết rằng liên kết cộng hóa trị mạnh hơn các liên kết khác.
Thêm tài nguyên:
Than chì – Nguồn: WIKIPEDIA
Than chì-Carbon – Nguồn: BRITANNICA
Than chì là gì – Nguồn: BYJUS
