Allotropes du carbone

CollègeChimieRéseaux de carbone idéaux finis : diamant, graphite AB, graphène et cage C60 en icosaèdre tronqué régulier

Cliquez sur n’importe quel atome de carbone pour compter ses voisins covalents affichés. Faites tourner le réseau pour examiner les tétraèdres, les feuillets ou la cage fermée du fullerène.

3D

Faites glisser l’appareil pour le régler. Faites glisser l’arrière-plan pour le faire pivoter. Faites défiler pour zoomer.

Carnet de mesures

Modifiez la configuration, testez une prédiction et enregistrez le résultat. Jusqu’à 12 instantanés sont conservés.

À propos de cette expérience

Examinez comment un élément forme un réseau covalent tridimensionnel, des feuillets superposés ou une cage fermée. Sélectionnez des atomes pour compter leurs voisins affichés et distinguer les liaisons locales de la structure du volume.

Objectifs pédagogiques

  • Comparez les coordinations trigonale et tétraédrique du carbone.
  • Identifiez les liaisons covalentes au sein des couches de graphite et l’absence de liaisons covalentes entre les couches dans ce modèle.
  • Distinguez la coordination dans le volume des liaisons manquantes aux bords du fragment.

Comment l’utiliser

  1. 1Sélectionnez un atome intérieur du diamant et comptez ses quatre voisins covalents.
  2. 2Passez au graphite et faites pivoter l’empilement pour examiner le décalage des couches AB.
  3. 3Séparez les couches sans modifier leurs liaisons covalentes internes.
  4. 4Examinez la cage de fullerène et vérifiez que chaque atome de la cage a trois voisins.

Le modèle

Huit atomes de carbone occupent une maille conventionnelle du diamant.
Deux atomes de carbone par aire primitive du graphène sont séparés par la distance inter-couches c.

Hypothèses

  • Les distances C-C idéales dans le diamant et dans une feuille sont respectivement de 1,54 et 1,42 angström. Les densités volumiques sont déduites de ces valeurs géométriques arrondies.
  • Les fragments finis présentent une coordination incomplète aux bords et ne sont pas terminés par des atomes d’hydrogène. La séparation du graphite est imposée ; les forces entre les couches ne sont pas calculées.
  • La cage C60 est un icosaèdre tronqué régulier. Dans les fullerènes réels, les longueurs de liaison sont inégales ; le modèle utilise des arêtes de même longueur. Aucune densité volumique n’est définie ici pour une feuille isolée ou une molécule isolée.

À essayer en classe

  1. Q1Pourquoi les atomes exposés au bord ont-ils moins de voisins que le nombre de coordination dans le volume ?
  2. Q2Pourquoi les couches de graphite peuvent-elles se séparer sans rompre le réseau covalent dans le plan ?

Foire aux questions

Le modèle prédit-il la conductivité électrique ou la dureté ?

Non. Il montre des réseaux géométriques de liaisons. Le transport électronique, la dynamique du réseau cristallin et la rupture mécanique macroscopique ne sont pas calculés.

Pourquoi l’augmentation de l’espacement entre les couches de graphite réduit-elle la masse volumique apparente du modèle ?

La même masse occupe le volume d’une maille répétitive plus grande. Le nombre et la longueur des liaisons dans les plans restent inchangés.