Είναι ο άνθρακας μέταλλο;

Στο απέραντο σύστημα του περιοδικού πίνακα των στοιχείων, ο άνθρακας και τα μεταλλικά στοιχεία λάμπουν μοναδικά. Είναι όμως ο άνθρακας μέταλλο; Η απάντηση είναι όχι, ο άνθρακας είναι μη μεταλλικό στοιχείο. Στα χημικά στοιχεία, ο άνθρακας και το μέταλλο κατέχουν σημαντική θέση, αλλά υπάρχουν ουσιαστικές διαφορές. Από τη μικροσκοπική ατομική δομή, στις μακροσκοπικές φυσικές και χημικές ιδιότητες και στη συνέχεια στην πρακτική εφαρμογή, η διαφορά μεταξύ των δύο διατρέχει.

Τα βασικά χαρακτηριστικά του άνθρακα

Ατομική δομή του άνθρακα

Ο άνθρακας είναι το στοιχείο 6, με έξι πρωτόνια στον πυρήνα του και δύο στρώματα ηλεκτρονίων, με τέσσερα ηλεκτρόνια στο εξωτερικό στρώμα. Αυτή η ειδική ηλεκτρονική δομή δεν καθιστά τον άνθρακα εύκολο να χάσει ηλεκτρόνια για να σχηματίσει κατιόντα όπως τα μεταλλικά στοιχεία. Ούτε εύκολο να πάρει ηλεκτρόνια για να σχηματίσει ανιόντα όπως ορισμένα μη μεταλλικά στοιχεία. Στις χημικές αντιδράσεις, τείνει να σχηματίζει ομοιοπολικούς δεσμούς με άλλα άτομα μοιράζοντας ζεύγη ηλεκτρονίων, επιτυγχάνοντας έτσι μια σταθερή ηλεκτρονική δομή. Αυτό είναι το κλειδί για το σχηματισμό πολλών οργανικών ενώσεων και μοναδικών αλλοτροπών του άνθρακα.

Φυσικές ιδιότητες

Ο άνθρακας έχει πολύ διαφορετικές αλλοτροπικές ιδιότητες. Το διαμάντι είναι η σκληρότερη ουσία στη φύση, με σκληρότητα Mohs έως και 10. Τα άτομα σε ομοιοπολικό δεσμό σχηματίζουν ένα σταθερό τετράεδρο, συμπαγή δομή, άχρωμο διαφανές, διαθλαστικό, καλή θερμική αγωγιμότητα αλλά σχεδόν καθόλου ηλεκτρισμό. Ο γραφίτης είναι μαλακός και ολισθηρός, η στρωματοποιημένη δομή του επιτρέπει την εύκολη ολίσθηση μεταξύ των στρωμάτων. Μπορείτε να τον χρησιμοποιήσετε ως λιπαντικό, και μπορεί να αγωγιμοποιήσει τον ηλεκτρισμό λόγω των ελεύθερων ηλεκτρονίων στο στρώμα. Φουλερένια, νανοσωλήνες άνθρακα, γραφένιο, κ.λπ. έχουν τις δικές τους μοναδικές δομές και ιδιότητες και έχουν ευρείες προοπτικές εφαρμογής.

Ορισμός και χαρακτηριστικά των μετάλλων

Ορισμός των μετάλλων

Το μέταλλο είναι ένα γυαλιστερό, όλκιμο, εύκολο στην αγωγή ηλεκτρισμού, θερμότητας και άλλων ιδιοτήτων του υλικού. Στον περιοδικό πίνακα των στοιχείων, τα μεταλλικά στοιχεία καταλαμβάνουν τη μεγαλύτερη θέση. Έχουν ορισμένα κοινά χαρακτηριστικά στην ατομική δομή, τις φυσικές ιδιότητες και τις χημικές ιδιότητες.

Τυπικά χαρακτηριστικά

Μεταλλική λάμψη:

Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια μπορούν να απορροφήσουν και να αντανακλούν το ορατό φως, προσδίδοντας στο μέταλλο μια μοναδική λάμψη. Όπως ο χρυσός και το ασήμι εκθαμβωτικά, τα περισσότερα από τα καθημερινά μεταλλικά σκεύη παρουσιάζουν αυτή τη λαμπερή εμφάνιση.

Καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα:

Στο εσωτερικό υπάρχει μεγάλος αριθμός ελεύθερων ηλεκτρονίων, τα οποία μπορούν να κινηθούν ελεύθερα και να σχηματίσουν ρεύμα υπό την επίδραση ηλεκτρικού πεδίου. Στη ζωή, ο χαλκός και το αλουμίνιο είναι κοινά αγώγιμα μέταλλα. Μπορείτε να τα χρησιμοποιήσετε ευρέως στην κατασκευή καλωδίων και καλωδίων για να εξασφαλίσετε τη μετάδοση ενέργειας.

Ισχυρή θερμική αγωγιμότητα:

Όταν θερμαίνεται, η θερμική κίνηση των ελεύθερων ηλεκτρονίων εντείνεται και η θερμότητα μεταφέρεται γρήγορα στα διάφορα μέρη. Πάρτε το σιδερένιο δοχείο ως παράδειγμα, όταν θερμαίνεται η θερμότητα στον πυθμένα του δοχείου γρήγορα και ομοιόμορφα απλώνεται για το μαγείρεμα. Η μεταλλική ψύκτρα της CPU του υπολογιστή χρησιμοποιεί επίσης τη θερμική αγωγιμότητα του μετάλλου για την ψύξη του τσιπ.

Εξαιρετική ολκιμότητα:

Τα άτομα είναι στοιβαγμένα σφιχτά και οι μεταλλικοί δεσμοί επιτρέπουν στα άτομα να ολισθαίνουν το ένα σε σχέση με το άλλο όταν καταπονούνται. Μπορείτε να σφυρηλατήσετε τα μέταλλα σε φύλλα, όπως το φύλλο χρυσού. Μπορείτε επίσης να τα τραβήξετε σε λεπτά σύρματα, όπως σύρμα σιδήρου, σύρμα χαλκού. Είναι εύκολο να το επεξεργαστείτε σε διάφορα σχήματα για να καλύψετε διαφορετικές βιομηχανικές και βιοτικές ανάγκες.

Συγκριτική ανάλυση των χαρακτηριστικών άνθρακα και μετάλλων

Χαρακτηριστικά εμφάνισης

Το μέταλλο έχει γενικά μεταλλική λάμψη και γυαλιστερή επιφάνεια. Η εμφάνιση του άνθρακα διαφέρει σημαντικά λόγω των διαφορετικών αλλοτροπών, το διαμάντι είναι διαφανές και λαμπερό. Ο γραφίτης είναι σκούρο γκρι και ολισθηρός και η εμφάνιση του μετάλλου είναι πολύ διαφορετική, γεγονός που υποδηλώνει περαιτέρω ότι ο άνθρακας είναι μη μέταλλο.

Ηλεκτρική αγωγιμότητα

Το μέταλλο είναι καλός αγωγός και ένας μεγάλος αριθμός ελεύθερων ηλεκτρονίων επιτρέπει την ομαλή διέλευση του ρεύματος. Η αγωγιμότητα του άνθρακα ποικίλλει από αλλότροπο σε αλλότροπο. Γραφίτης έχει ορισμένη αγωγιμότητα, αλλά ο μηχανισμός αγωγιμότητάς του βασίζεται στην ελεύθερη μετακίνηση ηλεκτρονίων μεταξύ των στρωμάτων, η οποία είναι διαφορετική από εκείνη του μετάλλου. Το διαμάντι δεν άγει σχεδόν καθόλου ηλεκτρικό ρεύμα, γεγονός που έρχεται σε έντονη αντίθεση με την καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα των μετάλλων.

Ολκιμότητα

Το μέταλλο έχει εξαιρετική ολκιμότητα και μπορείτε να το επεξεργαστείτε σε διάφορα σχήματα. Ωστόσο, η υφή του άνθρακα είναι συνήθως εύθραυστη, είτε πρόκειται για διαμάντι είτε για γραφίτη, είναι δύσκολο να επεξεργαστεί σε λεπτά φύλλα ή νήματα όπως το μέταλλο μέσω εξωτερικής δύναμης. Και είναι εύκολο να σπάσει όταν καταπονείται, γεγονός που δείχνει και πάλι την ουσιαστική διαφορά μεταξύ άνθρακα και μετάλλου στις φυσικές ιδιότητες.

Χημική δραστηριότητα

Το μέταλλο είναι συνήθως πιο ενεργό, αντιδρά εύκολα με οξυγόνο, οξύ και άλλες ουσίες. Οι χημικές ιδιότητες του άνθρακα είναι σχετικά σταθερές σε θερμοκρασία δωματίου και η χημική αντιδραστικότητά του είναι προφανώς διαφορετική. Αν και υπό ορισμένες συνθήκες, όπως υψηλή θερμοκρασία, μπορεί να εμφανίσει ορισμένες χημικές δραστηριότητες, όπως η ευφλεκτότητα και η αναγωγιμότητα. Οι συνθήκες και οι τρόποι αντίδρασης είναι πολύ διαφορετικοί από τις χημικές αντιδράσεις των μετάλλων.

Σύγκριση των χημικών ιδιοτήτων του άνθρακα με τα μέταλλα

Σε θερμοκρασία δωματίου, ο άνθρακας έχει υψηλή σταθερότητα, η ατομική δομή του καθορίζει ότι δεν είναι εύκολο να κερδίσει ή να χάσει ηλεκτρόνια. Και δεν είναι εύκολο να αντιδράσει με πολλές ουσίες. Αντίθετα, πολλά μέταλλα αντιδρούν εύκολα με το οξυγόνο και την υγρασία του αέρα σε θερμοκρασία δωματίου.

Ο άνθρακας είναι εύφλεκτος όταν αυξάνεται η θερμοκρασία. Όταν το οξυγόνο είναι επαρκές, καίγεται πλήρως και παράγει διοξείδιο του άνθρακα. Όταν το οξυγόνο είναι ανεπαρκές, η ατελής καύση παράγει μονοξείδιο του άνθρακα. Αυτή η αναφλεξιμότητα διαφέρει από την αντίδραση καύσης των μετάλλων, τα οποία γενικά οξειδώνονται βίαια με το οξυγόνο σχηματίζοντας οξείδια μετάλλων.

Σε υψηλές θερμοκρασίες, ο άνθρακας έχει σημαντική αναγωγιμότητα και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ευρέως για την εξαγωγή μετάλλων στη μεταλλουργική βιομηχανία. Όπως η αντίδραση του άνθρακα με το οξείδιο του χαλκού για την παραγωγή χαλκού και διοξειδίου του άνθρακα. Τα μέταλλα συνήθως χάνουν ηλεκτρόνια σε χημικές αντιδράσεις, αλλά υπάρχουν διαφορές στις συνθήκες και τις διαδικασίες μεταξύ των αντιδράσεων αναγωγής τους.

Τομείς εφαρμογής του άνθρακα και διαφορές με τις εφαρμογές μετάλλων

Άνθρακας

Οι εφαρμογές του είναι ευρείες και μοναδικές. Στον τομέα της επιστήμης των υλικών, το αλλότροπό του παίζει σημαντικό ρόλο. Το διαμάντι λόγω της υψηλής σκληρότητάς του χρησιμοποιείται στην κατασκευή κοπτικών εργαλείων, εξοπλισμού διάτρησης. Ο γραφίτης χρησιμοποιείται στην κατασκευή ηλεκτρόδια, βούρτσες και λιπαντικά λόγω της καλής αγωγιμότητας και λιπαντικότητάς του. Με τις εξαιρετικές του ιδιότητες, το γραφένιο έχει μεγάλες δυνατότητες σε ηλεκτρονικές συσκευές, αισθητήρες, σύνθετα υλικά και άλλους τομείς.

Στον τομέα των βιοεπιστημών, ο άνθρακας είναι το βασικό στοιχείο της ζωής. Όλες οι οργανικές ενώσεις τον περιέχουν, από τους απλούς υδατάνθρακες έως τις πολύπλοκες πρωτεΐνες, τα νουκλεϊκά οξέα και άλλα βιολογικά μακρομόρια, είναι ζωτικής σημασίας για τις δραστηριότητες της ζωής.

Μέταλλο

Η εφαρμογή του επικεντρώνεται κυρίως στη βιομηχανική παραγωγή, τις κατασκευές, τα ηλεκτρονικά και άλλους τομείς. Στη βιομηχανική κατασκευή, είναι το κύριο υλικό για την κατασκευή μηχανημάτων και εξοπλισμού, αυτοκινήτων, πλοίων κ.λπ. Και τα χαρακτηριστικά της υψηλής αντοχής, της καλής ηλεκτρικής και θερμικής αγωγιμότητας είναι απαραίτητα. Στις κατασκευές, μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε για την κατασκευή γεφυρών και ψηλών κτιρίων, παρέχοντας δομική υποστήριξη και σταθερότητα. Στον τομέα της ηλεκτρονικής, μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε για την κατασκευή ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, πλακετών κυκλωμάτων. Και εξασφαλίζει την κανονική λειτουργία των ηλεκτρονικών συσκευών.

Συμπέρασμα

Μέσω της ολοκληρωμένης συγκριτικής ανάλυσης του άνθρακα και του μετάλλου από την ατομική δομή, τις φυσικές ιδιότητες, τις χημικές ιδιότητες έως τους τομείς εφαρμογής, μπορούμε να καταστήσουμε σαφές ότι ο άνθρακας δεν είναι μέταλλο, ο άνθρακας είναι μη μέταλλο. Αν και ο άνθρακας και τα μέταλλα διαδραματίζουν και τα δύο σημαντικό ρόλο στους αντίστοιχους τομείς τους, διαφέρουν σημαντικά σε όλα τα επίπεδα. Με τη συνεχή ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας, η κατανόηση και η εφαρμογή του άνθρακα και των μετάλλων θα συνεχίσει να εμβαθύνει. Και θα συνεχίσουν να συμβάλλουν στην πρόοδο της ανθρώπινης κοινωνίας σε διάφορους τομείς.