为什么石墨会导电

我们在初中刚接触化学就经常听到,结构决定性质 。石墨也一样,它导电也是跟它结构有关 。高中化学,我们简单学习了分子晶体、原子晶体、离子晶体和金属晶体 。事实上,这几类晶体都是人为定义的,这几种晶体间没有明显界限,三种晶体存在相互关系,各自也含有对方成分 。所以,也形成了一些过渡性键型 。石墨就是典型的混合型晶型 。我们先来看石墨结构

为什么石墨会导电


石墨具有层状结构,黑色小球就是碳原子,同一层碳原子以共价键相连,层与层之间以分子间作用力连在一起,距离约为335pm 。
我们知道,碳原子的价层电子数是4个 。但是,上图中,每个碳原子只成3个键 。我们看同一层,同一层中的一个碳原子采用sp2杂化,三个sp2杂化轨道和邻近的碳原子以共价键连在一起,sp2杂化轨道键角为120o 。所以,图中同层碳原子之间形成正六边形 。并且,sp2杂化轨道是平面 。因此,图中的每一层是平面 。然而,每个碳原子采用sp2杂化轨道都剩下一个2p电子 。通过sp2杂化轨道电子云图,我们可以知道,这个2p轨道都垂直于sp2杂化轨道平面,且相互平行,相互平行的p电子轨道形成π键,由于同一层含有许多个碳原子,含有许多2p电子轨道,因此,所有的2p轨道都参与形成π键,这种含有很多个原子的π键叫做大π键 。
我们高中学习化学时接触的更多是乙烯一类的π键,这类π键都局限在两个碳之间,也叫定域π键 。但是,刚才说了,大π键并不是局限于两个原子之间,而是涉及很多原子,可以在多个原子间运动,也叫离域π键 。所以,石墨碳原子间形成的大π键可以运动,就想金属键的电子一样 。所以,它具有导电性和导热性 。由于层与层之间由分子间作用力连起来,导致它的作用力较弱,所以层与层之间可以滑动,表现为润滑性 。
【为什么石墨会导电】总之,石墨由于既有共价键,大π键,又有分子间作用力,因此它属于混合晶型 。也导致它有导电性、导热性和润滑性等性质 。

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