Ποιες είναι οι αλλοτροπές του άνθρακα;

Ο άνθρακας, λόγω των μοναδικών ιδιοτήτων χημικής σύνδεσης, έχει τα πιο σταθερά αλλοτρόπια οποιουδήποτε στοιχείου.Ορισμένα αλλοτρόπια άνθρακα, όπως γραφίτη και διαμάντι, εμφανίζονται φυσικά.Άλλοι, όπως νανοσωλήνες, πρέπει να κατασκευάζονται στο εργαστήριο.Η αφθονία και η ευελιξία του άνθρακα το καθιστούν ένα από τα πιο μελετημένα υλικά στην έρευνα νανοτεχνολογίας και τα αλλοτρόπια της έχουν ένα ευρύ φάσμα χρήσιμων ιδιοτήτων, όπως η υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό και τα υψηλά σημεία τήξης.Και αποτελούν την πλειονότητα των φυσικών ενώσεων άνθρακα όπως ο άνθρακας και η αιθάλη.Ο άμορφος άνθρακας δεν έχει ιδιαίτερη κρυσταλλική δομή, όπως τα περισσότερα γυαλιά.Τα άτομα άνθρακα σε γραφίτη είναι διατεταγμένα σε στρώματα.Κάθε στρώμα έχει ισχυρούς δεσμούς που το κρατούν μαζί, αλλά τα στρώματα δεν συνδέονται έντονα και μπορούν εύκολα να τρίβονται ο ένας στον άλλο.Ο καθαρός πυολυτικός γραφίτης, όπου τα στρώματα είναι όλα διατεταγμένα στο ίδιο επίπεδο, είναι ένα εξαιρετικά ισχυρό, ανθεκτικό στη θερμότητα υλικό που χρησιμοποιείται σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας, υψηλής θερμοκρασίας.Ο γραφίτης διεξάγει ηλεκτρικό ρεύμα και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως συντονιστής για τους πυρηνικούς αντιδραστήρες.

Το Diamond, το άλλο φυσικό αλλοτρόπο του άνθρακα, έχει μια άκαμπτη, αλληλοσυνδεόμενη κρυσταλλική δομή.Το Diamond είναι μια από τις πιο δύσκολες ουσίες που είναι γνωστές και χρησιμοποιείται στη βιομηχανία για να αλέσει και να κόψει τα υλικά.Η διαφάνεια και η ανθεκτικότητα του διαμαντιού το καθιστούν εξαιρετικά βραβευμένο ως πολύτιμος λίθος και η επιχείρηση κοσμημάτων έχει μετατρέψει την εξόρυξη διαμαντιών σε μια βιομηχανία πολλών δισεκατομμυρίων δολαρίων.Το Diamond μπορεί να κατασκευαστεί συνθετικά από άλλα αλλοτρόπια, αλλά απαιτεί εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις για να σχηματιστούν.Αυτά συμβαίνουν φυσικά σε αιθαλίδα και έχουν βρεθεί σε τουλάχιστον ένα πλανητικό νεφέλωμα, αν και μπορούν επίσης να δημιουργηθούν συνθετικά.Τα buckyballs είναι κλειστά, δίκτυα σε σχήμα μπάλας ατόμων άνθρακα, τα οποία σχηματίζουν πενταγώνες και εξάγωνα αλληλοσυνδέοντας.Οι νανοσωλήνες άνθρακα μοιράζονται την ίδια δομή με τον γραφίτη, αλλά αντί να έχουν μια στοίβα στρώσεων, ένας νανοσωλήνας αναδιπλώνεται και δεσμεύεται με τον εαυτό του, σχηματίζοντας έναν μακρύ κύλινδρο.Οι νανοσωλήνες άνθρακα έχουν πολύ υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό, καθιστώντας τους ελκυστικά με τα νέα δομικά υλικά, αν και δεν είναι τόσο ισχυρή υπό συμπίεση.