炭素の同素体とは何ですか？

炭素は、そのユニークな化学結合特性により、あらゆる元素の中で最も安定した同素体を持っています。 グラファイトやダイヤモンドなどの炭素の同素体は、自然に発生します。 ナノチューブなどのその他のものは、実験室で製造する必要があります。 カーボンの豊富さと汎用性により、カーボンはナノテクノロジーの研究で最も研究されている材料の1つになり、同素体には高い引張強度や高い融点などの幅広い有用な特性があります。

アモルファスカーボンとグラファイトは2つの最も一般的な同素体であり、石炭やすすなどの天然炭素化合物の大部分を占めています。 アモルファスカーボンは、ほとんどのガラスのような特定の結晶構造を持ちません。 グラファイトの炭素原子は層状に配置されています。 各層はそれを保持する強い結合を持っていますが、層は強く結合せず、簡単に擦り落とすことができます。 層がすべて同じ平面に配置されている純粋な熱分解グラファイトは、高応力、高温環境で使用される非常に強力で耐熱性のある材料です。 グラファイトは電気を通し、原子炉の減速材として使用できます。

他の天然炭素同素体であるダイヤモンドは、堅固な連動結晶構造を持っています。 ダイヤモンドは知られている最も硬い物質の1つであり、材料を粉砕および切断するために産業で使用されています。 ダイヤモンドの透明性と耐久性は、宝石として非常に高く評価されており、宝石ビジネスはダイヤモンド採掘を数十億ドルの産業に変えました。 ダイヤモンドは他の同素体から合成的に製造できますが、形成するには非常に高い温度と圧力が必要です。

他の、よりエキゾチックな同素体には、バッキーボール、ナノチューブ、カーボンナノフォームが含まれます。 これらはnaturallyで自然に発生し、少なくとも1つの惑星状星雲で発見されていますが、合成的に作成することもできます。 バッキーボールは、閉じた五角形と六角形を連結する炭素原子のボール状ネットワークです。 カーボンナノチューブはグラファイトと同じ構造を共有しますが、層のスタックではなく、ナノチューブが巻き付いて結合し、長い円柱を形成します。 カーボンナノチューブは、引張強度が非常に高いため、新しい建設材料として魅力的ですが、圧縮下ではそれほど強くありません。