Sifat-sifat Karbon: Gambaran umum yang komprehensif

Dalam dunia elemen, karbon sangat unik dan mempesona. Dari molekul organik, dasar kehidupan, hingga bahan utama untuk industri, karbon ada di mana-mana. Menjelajahi sifat-sifat karbon memberi kita wawasan tentang perpaduan antara alam dan teknologi, komposisi materi dan reaksi kimia.

Sifat Fisik Karbon

Tinjauan umum tentang alotrop

Karbon bisa membentuk berbagai macam alotrop, seperti intan, grafit, dll. Meskipun tersusun dari atom karbon, tetapi susunan atom dan mode koneksi berbeda. Sifat fisik dan kimianya sangat berbeda, dan nilai penelitian aplikasinya tinggi di bidang material, elektronik, dan bidang lainnya.

Karakteristik berlian

Berlian adalah zat yang paling keras di alam, dengan kekerasan Mohs 10. Atom-atomnya memiliki struktur tetrahedral, kekuatan pengikat atom yang kuat, ketahanan aus dan ketahanan tekanan, digunakan untuk pengeboran pemotongan. Tidak berwarna dan transparan, bias kuat, adalah permata. Konduktivitas termal yang tinggi, Anda dapat menggunakannya untuk pembuangan panas elektronik, tetapi hampir tidak konduktif.

Sifat grafit

Tekstur grafit lembut dan halus. Ini berasal dari struktur berlapis dan mudah tergelincir di antara lapisan. Anda dapat sering menggunakan grafit sebagai pelumas di bawah suhu tinggi dan tekanan tinggi. Ini memiliki konduktivitas listrik yang baik, elektron bebas di lapisan. Dan Anda dapat menggunakan grafit dalam baterai lithium-ion anoda bahan dan motor kuas untuk memastikan pengisian dan pengosongan serta transmisi arus.

Karakteristik alotrop lain

Fullerenes seperti C60 terkurung, aktif secara optik, dapat membentuk kompleks dengan ion logam, dan memiliki potensi dalam perangkat optoelektronik dan katalisis. Tabung nano karbon memiliki diameter nanometer, kekuatan tinggi, konduktivitas listrik dan termal yang baik. Dan Anda dapat menggunakannya di bidang nanoelektronika dan material komposit. Graphene adalah bahan dua dimensi satu lapis dengan sifat listrik, mekanik, dan termal yang sangat baik. Dan memiliki prospek yang luas dalam perangkat elektronik yang fleksibel.

Ringkasan sifat fisik umum

Penampilan

Berlian ini tidak berwarna dan transparan, cerah setelah dipoles, dan merupakan bahan permata. Grafit abu-abu tua dengan kilau metalik, bersisik, sentuhan halus. Fullerene adalah bubuk hitam atau cokelat, tabung nano karbon adalah tabung hitam yang sangat tipis. Dan graphene adalah lembaran dua dimensi yang hampir transparan dengan tekstur keriput yang khas.

Kepadatan

Berlian sekitar 3,5-3,53 g/cm3, atom-atomnya padat; Grafit sekitar 2,09-2,23 g/cm3, ada celah di antara lapisan-lapisannya. Fullerene sekitar 1,65 g / cm3, tabung nano karbon 1,3-1,4 g / cm3, dan graphene sekitar 2,267 g / cm3, dengan kepadatan yang bervariasi tergantung pada susunan dan struktur atom.

Titik leleh

Titik leleh berlian melebihi 3500 ° C, dan atom-atomnya membentuk tetrahedron biasa dengan ikatan kovalen, dan strukturnya padat. Titik leleh grafit adalah sekitar 3652-3697 ° C, dan ikatan kovalen dalam lapisan stabil. Titik leleh yang tinggi membuat karbon stabil di lingkungan bersuhu tinggi dan digunakan di bidang industri bersuhu tinggi.

Titik didih

Titik didih intan dan grafit adalah sekitar 4827°C, dalam kondisi normal. Karbon sulit berubah dari padat menjadi gas, suhu yang sangat tinggi untuk mengubah keadaan. Di lingkungan industri dan kehidupan, sifat fisik dan kimia karbon stabil, tidak mudah menguap dekomposisi.

Kelarutan

Karbon tidak larut dalam air, pelarut organik yang umum, serta larutan asam dan alkali. Karena struktur atomnya yang stabil dan gaya antar atom yang kuat, molekul pelarut sulit untuk memecah struktur unsur karbon dan aksinya. Dan kelarutannya sangat rendah di sebagian besar pelarut.

Konduktivitas

Struktur lapisan grafit memiliki elektron bebas, menghantarkan listrik dengan baik, dan Anda dapat menggunakannya untuk elektroda. Elektron berlian terikat pada ikatan kovalen dan hampir tidak menghantarkan listrik. Fullerene dan tabung nano karbon memiliki konduktivitas listrik tertentu, graphene memiliki mobilitas elektron yang tinggi, konduktivitas listrik yang sangat baik, dan potensi yang besar di bidang elektronik.

Sifat-sifat kimia karbon

Stabilitas

Pada suhu kamar, sifat kimia karbonisasi stabil. Empat elektron pada lapisan terluar atomnya tidak mudah mendapatkan atau kehilangan elektron. Membutuhkan energi yang besar untuk mematahkan struktur yang stabil dan berpartisipasi dalam reaksi kimia. Sehingga peninggalan budaya, lukisan, dan lukisan yang mengandung karbon dapat diawetkan untuk waktu yang lama.

Mudah terbakar

Mudah terbakar dan terbakar sempurna untuk menghasilkan karbon dioksida ketika oksigen mencukupi, melepaskan banyak energi panas. Karbon monoksida dihasilkan dari pembakaran yang tidak sempurna ketika oksigen tidak mencukupi, dan reaksi pembakaran adalah cara penting untuk mendapatkan energi.

Dapat direduksi

Ini memiliki kemampuan reduksi yang signifikan pada suhu tinggi. Dapat bereaksi dengan oksida logam, menangkap oksigen dalam oksida, dan mereduksi logam. Anda dapat menggunakannya secara luas dalam ekstraksi logam di industri metalurgi dan memainkan peran kunci.

Reaksi dengan zat lain

Bereaksi dengan berbagai zat dalam kondisi tertentu. Pada suhu tinggi, ia bereaksi dengan sulfur untuk menghasilkan karbon disulfida, bereaksi dengan uap air untuk menghasilkan karbon monoksida dan hidrogen. Dan produknya memiliki aplikasi penting dalam bidang kimia dan bahan bakar.

Kuadrivalensi

Empat elektron terluar dari atom karbon kuartener berada dalam keadaan kuartener. Atom ini dapat membentuk 4 ikatan kovalen dengan berbagai atom untuk membangun senyawa yang kompleks dan beragam, dari bahan organik sederhana hingga makromolekul biologis. Ini adalah dasar dari dunia organik dan materi hidup, dan sangat penting.

Rantai

Atom-atomnya dapat dihubungkan ke rantai melalui ikatan kovalen, yaitu rantai. Bentuknya berupa rantai lurus, rantai cabang atau struktur cincin, panjang rantai dan strukturnya memengaruhi sifat-sifat senyawa. Ini adalah dasar dari pembentukan banyak senyawa organik, mendukung sistem kimia organik yang sangat besar.

Struktur elektronik

Konfigurasi elektron atom karbon adalah 1s22s22p2. Struktur ini menentukan perilaku kimianya, dan empat elektron terluar membuatnya mudah untuk berbagi elektron dengan atom lain untuk membentuk ikatan. Tetapi juga untuk mendapatkan dan kehilangan elektron dalam kondisi tertentu, dan berpartisipasi dalam berbagai reaksi kimia.

Elektronegativitas

Ia memiliki keelektronegatifan sekitar 2,55 (pada skala Pauling), antara logam dan bukan logam. Dalam suatu senyawa, ketika berikatan dengan elemen yang berbeda, ikatan kimia memiliki polaritas yang berbeda karena perbedaan keelektronegatifan. Hal ini mempengaruhi aktivitas kimia dan sifat fisik senyawa.

Koneksi antara properti dan aplikasi

Aplikasi ditentukan oleh sifat fisik

Sifat fisiknya beragam, yang membuatnya kaya akan aplikasi. Kekerasan berlian disebut sebagai mahkota alam, dan memiliki keunggulan yang signifikan dalam bidang pemotongan dan penggerindaan. Misalnya, memotong kaca dan memproses semen karbida. Grafit memiliki konduktivitas listrik yang baik dan Anda dapat menggunakannya secara luas dalam elektroda baterai untuk memastikan siklus pengisian dan pengosongan. Graphene memiliki konduktivitas listrik yang sangat baik dan fleksibilitas yang sangat tinggi, menjadikannya bahan yang ideal untuk layar tampilan yang fleksibel dan perangkat elektronik yang dapat dikenakan. Kekuatan tinggi tabung nano karbon dapat meningkatkan performa material komposit. Dan Anda dapat menggunakannya di bidang-bidang seperti kedirgantaraan, di mana kekuatan material sangat dibutuhkan.

Aplikasi ditentukan oleh sifat kimiawi

Sifat kimianya mendominasi aplikasinya di sejumlah bidang utama. Sifat mudah terbakar membuat batu bara dan gas alam menjadi sumber energi yang penting. Pembakaran untuk melepaskan banyak energi panas untuk memenuhi kebutuhan energi produksi industri dan kehidupan sehari-hari. Kemampuan reduksi membuatnya memainkan peran penting dalam industri metalurgi, mereduksi logam dari oksidanya. Kemampuan kuadrivalensi dan rantai dari atom karbon adalah dasar untuk konstruksi senyawa organik. Dan sintesis obat-obatan, plastik, karet, dll., bergantung pada hal ini, menyediakan berbagai macam produk untuk masyarakat modern.

Kesimpulan

Karbon memainkan peran penting dalam alam dan masyarakat manusia karena sifatnya yang unik. Sifat alotropnya menentukan berbagai aplikasi, dan sifat kimianya mendukung kehidupan dan industri. Di masa depan, penelitiannya akan diperdalam dan terus membantu memecahkan masalah seperti energi.