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Kohlenstoffmodifikationen

MittelschuleChemieEndliche ideale Kohlenstoffnetzwerke: Diamant, AB-Graphit, Graphen und ein regelmäßiger abgestumpft-ikosaedrischer C60-Käfig

Klicke auf ein beliebiges Kohlenstoffatom, um seine angezeigten kovalenten Nachbaratome zu zählen. Drehe das Gitter, um Tetraeder, Schichten oder den geschlossenen Fuller käfig zu untersuchen.

3D

Ziehe den Apparat, um ihn anzupassen. Ziehe den Hintergrund, um ihn zu drehen. Scrolle zum Zoomen.

Messprotokoll

Ändere die Einstellungen, teste eine Vorhersage und speichere das Ergebnis. Es werden bis zu 12 Momentaufnahmen gespeichert.

Über dieses Experiment

Untersuchen Sie, wie ein Element ein dreidimensionales kovalentes Netzwerk, geschichtete Flächen oder einen geschlossenen Käfig bildet. Wählen Sie Atome aus, um ihre angezeigten Nachbarn zu zählen und lokale Bindungen von der Struktur im Volumen zu unterscheiden.

Lernziele

  • Vergleichen Sie die drei- und vierfache Koordination von Kohlenstoff.
  • Identifizieren Sie kovalente Bindungen innerhalb der Graphitschichten und das Fehlen kovalenter Verbindungen zwischen den Schichten in diesem Modell.
  • Unterscheiden Sie die Koordination im Volumen von fehlenden Bindungen an Fragmenträndern.

Anleitung

  1. 1Wählen Sie ein Diamantatom im Inneren aus und zählen Sie seine vier kovalenten Nachbarn.
  2. 2Wechsle zu Graphit und drehe den Stapel, um den Versatz der AB-Schichten zu untersuchen.
  3. 3Trenne die Schichten, ohne ihre internen kovalenten Bindungen zu verändern.
  4. 4Untersuche den Fuller käfig und überprüfe, ob jedes Käfigatom drei Nachbarn hat.

Das Modell

Acht Kohlenstoffatome besetzen eine konventionelle Diamant-Einheitszelle.
Zwei Kohlenstoffatome pro primitiver Graphenfläche sind durch den Zwischenschichtabstand c voneinander getrennt.

Annahmen

  • Die idealen C-C-Abstände in Diamant und einer Schicht betragen 1,54 bzw. 1,42 Ångström. Die Volumendichten ergeben sich aus diesen gerundeten geometrischen Werten.
  • Endliche Fragmente weisen an ihren Rändern eine unvollständige Koordination auf und sind nicht mit Wasserstoff abgesättigt. Der Abstand zwischen den Graphitschichten wird vorgegeben; die Kräfte zwischen den Schichten werden nicht berechnet.
  • Der C60-Käfig ist ein regelmäßiges abgestumpftes Ikosaeder. Reale Fullerene haben nicht gleich lange Bindungen; im Modell werden gleiche Kanten verwendet. Für eine einzelne Schicht oder ein isoliertes Molekül ist hier keine Volumendichte definiert.

Im Unterricht ausprobieren

  1. Q1Warum haben exponierte Randatome weniger Nachbarn als die Koordinationszahl im Volumen?
  2. Q2Warum können sich Graphitschichten trennen, ohne das kovalente Netzwerk in der Ebene aufzubrechen?

Häufig gestellte Fragen

Sagt das Modell die elektrische Leitfähigkeit oder die Härte voraus?

Nein. Es zeigt geometrische Bindungsnetzwerke. Elektronischer Transport, Gitterschwingungen und makroskopisches mechanisches Versagen werden nicht berechnet.

Warum verringert eine Vergrößerung des Graphitabstands die modellierte Schüttdichte?

Dieselbe Masse nimmt das Volumen einer größeren Elementarzelle ein. Anzahl und Länge der Bindungen innerhalb der Ebenen bleiben unverändert.