石墨是導(dǎo)體嗎

2023-07-27 科普知識

　　石墨是原子晶體、金屬晶體和分子晶體之間的一種過渡型晶體。在晶體中同層碳原子間以sp2雜化形成共價鍵，每個碳原子與另外三個碳原子相聯(lián)，六個碳原子在同一平面上形成正六邊形的環(huán)，伸展形成片層結(jié)構(gòu)。下面是小編為大家整理的石墨是導(dǎo)體嗎，僅供參考，歡迎閱讀。

　　石墨是導(dǎo)體嗎？

　　是導(dǎo)體。石墨是碳的一種同素異形體，為灰黑色、不透明固體，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐腐蝕，同酸、堿等藥劑不易發(fā)生反應(yīng)。在氧氣中燃燒生成二氧化碳，可被強氧化劑如濃硝酸、高錳酸鉀等氧化。

　　石墨介紹

　　石墨是碳的一種同素異形體，為灰黑色、不透明固體，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐腐蝕，同酸、堿等藥劑不易發(fā)生反應(yīng)。天然石墨來自石墨礦藏，也可以以石油焦、瀝青焦等為原料，經(jīng)過一系列工序處理而制成人造石墨。石墨在氧氣中燃燒生成二氧化碳，可被強氧化劑如濃硝酸、高錳酸鉀等氧化。可用作抗磨劑、潤滑劑，高純度石墨用作原子反應(yīng)堆中的中子減速劑，還可用于制造坩堝、電極、電刷、干電池、石墨纖維、換熱器、冷卻器、電弧爐、弧光燈、鉛筆的筆芯等。

　　結(jié)構(gòu)組成

　　石墨是原子晶體、金屬晶體和分子晶體之間的一種過渡型晶體。在晶體中同層碳原子間以sp2雜化形成共價鍵，每個碳原子與另外三個碳原子相聯(lián)，六個碳原子在同一平面上形成正六邊形的環(huán)，伸展形成片層結(jié)構(gòu)。在同一平面的碳原子還各剩下一個p軌道，它們互相重疊，形成離域π鍵電子在晶格中能自由移動，可以被激發(fā)，所以石墨有金屬光澤，能導(dǎo)電、傳熱。由于層與層間距離大，結(jié)合力（范德華力）小，各層可以滑動，所以石墨的密度比金剛石小，質(zhì)軟并有滑膩感。

　　石墨每一網(wǎng)層間的距離為3.40，是以范德華力結(jié)合起來的，即層與層之間屬于分子晶體，同一網(wǎng)層中碳原子的間距為1.42，由于同一平面層上的碳原子間結(jié)合很強，極難破壞，所以石墨的熔點也很高，化學(xué)性質(zhì)也穩(wěn)定。鑒于它的特殊的成鍵方式，不能單一的認為是單晶體或者是多晶體，現(xiàn)在普遍認為石墨是一種混合晶體。

　　石墨屬六方晶系，具完整的層狀解理。解理面以分子鍵為主，對分子吸引力較弱，故其天然可浮性很好。

　　理化性質(zhì)

　　石墨質(zhì)軟，為黑灰色，有油膩感，可污染紙張。硬度為1～2，沿垂直方向隨雜質(zhì)的增加其硬度可增至3～5。比重為1.9～2.3。比表面積范圍集中在1-20m2/g，在隔絕氧氣條件下，其熔點在3000℃以上，是最耐溫的礦物之一。它能導(dǎo)電、導(dǎo)熱。

　　自然界中純凈的石墨是沒有的，其中往往含有SiO2、Al2O3、FeO、CaO、P2O5、CuO等雜質(zhì)。這些雜質(zhì)常以石英、黃鐵礦、碳酸鹽等礦物形式出現(xiàn)。此外，還有水、瀝青、CO2、H2、CH4、N2等氣體部分。因此對石墨的分析，除測定固定碳含量外，還必須同時測定揮發(fā)分和灰分的含量。

　　石墨與金剛石、碳60、碳納米管、石墨烯等都是碳元素的單質(zhì)，它們互為同素異形體。

　　特殊性質(zhì)

　　石墨由于其特殊結(jié)構(gòu)，而具有如下特殊性質(zhì)：

　　（1）耐高溫性

　　石墨的熔點為3850±50℃，即使經(jīng)超高溫電弧灼燒，重量的損失很小，熱膨脹系數(shù)也很小。石墨強度隨溫度提高而加強，在2000℃時，石墨強度提高一倍。

　　（2）導(dǎo)電、導(dǎo)熱性

　　石墨的導(dǎo)電性比一般非金屬礦高一百倍。導(dǎo)熱性超過鋼、鐵、鉛等金屬材料。導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而降低，甚至在極高的溫度下，石墨成絕熱體。石墨能夠?qū)щ娛且驗槭忻總€碳原子與其他碳原子只形成3個共價鍵，每個碳原子仍然保留1個自由電子來傳輸電荷。

　　（3）潤滑性

　　石墨的潤滑性能取決于石墨鱗片的大小，鱗片越大，摩擦系數(shù)越小，潤滑性能越好。

　　（4）化學(xué)穩(wěn)定性

　　石墨在常溫下有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，能耐酸、耐堿和耐有機溶劑的腐蝕。

　　（5）可塑性