碳家族的七兄弟分别是金刚石、富勒烯、碳纳米管、无定型碳石墨、石墨烯、石墨炔。这七兄弟呀,都由碳元素组成,但是由于原子的排布方式以及原子间化学键类型不同而具有了截然不同的性能。比如说石墨很柔软,可以做润滑剂。但是金刚石就坚硬无比,石墨可以导电,金刚石却是绝缘体,石墨黑乎乎的,可以作为铅笔的原料,写字画画都离不开它。而金刚石呢,晶莹剔透,可以制作为宝石和钻戒。好了,我们就来看看这七兄弟的长相各是什么样的。
跟我们人类一样,这七兄弟的长相呀,主要由他们继承的家族基因决定。碳家族的遗传基因主要有三种SP3杂化、SP2杂化和SP杂化。老大金刚石呢,就完美地继承了第一种基因SP3杂化。碳原子之间呢,是以碳单键相连,每个碳原子与相邻的四个原子之间呢,形成了正四面体的结构,那这种结构具有非常强大的稳定性,因此也就赋予了金刚石钢筋铁骨坚硬无比的个性。
老二到老六呢,也就是从石墨到碳纳米管,总体上来说都继承了家族的第二种基因,也就是SP2杂化。碳原子之间化学键成键,单键双键,单键双键交替分布的形式,这种成键方式呢,可以使得两个碳原子之间呢,相互地传递电子。因此就赋予了这些材料呢,它的导电能力,另外这种承建方式呢,可以使得每六个碳原子手拉手组成一个六圆环。而环与环之间又通过共价键相连而形成一个平面,对于石墨来说,它就是一种平面六方的层状结构,每两层之间呢,依靠范德华力结合在一起,因为范德华力呢比较弱,因此层与层之间呢是可以相对滑移的。
那我们接下来再看无定形碳,它呢其实呀,就是结晶程度很低,近似非晶形态的石墨,也可以理解为呢,只有少数碳六圆环相互连接在一起,而形成了一些小的平面,这些小平面呢也相互不平行,杂乱地堆在一起,这就是屋顶形炭。接下来我们再来看富勒烯,富勒烯我们可以理解为由单层的石墨给它缝制成的一个中空的球,只是组成富勒烯的球壳里不全是碳六圆环,还有五圆环。
偶尔呢,还有七元环,那如果讲石墨通过物理或者化学的方法分离出来单层的石墨片,那这些单层的石墨呀,就是石墨烯了。如果我们讲石墨烯卷成管子,就形成了碳纳米管。最后我们再来看一下7D石墨缺,石墨缺也非常的有个性,它同时继承了碳家族的两种基因SP2杂化和SP杂化。那SP杂化使得碳原子之间呢,以碳碳三键相连,而SP2杂化呢,使得碳原子形成六圆环。因此石墨炔的结构就是由132缺键将苯环连接起来而形成的二维平面网络结构。石墨缺的这种结构赋予了它优良的化学稳定性和半导体性能,被预测将是一种优越的。储锂能源材料,我国学者在这方面也有许多研究,相信未来不久,在新能源汽车,或是手机电池上都有可能会运用到,那时候,电池的寿命和容量都会实现一次很大的飞跃。好了,本期有关碳家族葫芦娃七兄弟长相的介绍就到这里,那么他们都具备什么独特的本领呢?我们将在下期文章为大家讲解。
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