Номер 7, страница 93 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

7. Объясните, почему графит обладает электропроводностью, а алмаз — нет.

Решение

Различие в электропроводности алмаза и графита, которые являются аллотропными модификациями углерода, объясняется разным строением их кристаллических решеток и типом гибридизации атомных орбиталей углерода.

Алмаз

В кристаллической решетке алмаза каждый атом углерода находится в состоянии $sp^3$-гибридизации. Это означает, что все четыре валентных электрона каждого атома углерода участвуют в образовании четырех прочных, равноценных ковалентных $\sigma$-связей с четырьмя соседними атомами. Эти связи образуют жесткую трехмерную тетраэдрическую структуру. В этой структуре все электроны сильно связаны и локализованы между атомами. Свободных или подвижных носителей заряда, способных перемещаться под действием электрического поля, нет. Поэтому алмаз не проводит электрический ток и является диэлектриком.

Графит

В кристаллической решетке графита атомы углерода находятся в состоянии $sp^2$-гибридизации. Каждый атом углерода использует три из четырех своих валентных электронов для образования трех прочных ковалентных $\sigma$-связей с тремя соседними атомами в одной плоскости. В результате формируются плоские слои из шестиугольников. Четвертый валентный электрон каждого атома не участвует в этих связях и остается на негибридизованной $p$-орбитали, перпендикулярной плоскости слоя. Эти $p$-орбитали всех атомов в слое перекрываются, образуя единую делокализованную $\pi$-электронную систему. Электроны в этой системе не принадлежат конкретным атомам, а могут свободно перемещаться вдоль всего слоя, подобно электронам в металлах. Именно эти подвижные электроны и обуславливают способность графита проводить электрический ток.

Ответ: Электропроводность графита обусловлена наличием у каждого атома углерода одного делокализованного электрона, который может свободно перемещаться вдоль слоев кристаллической решетки ($sp^2$-гибридизация). В алмазе все валентные электроны каждого атома углерода задействованы в образовании прочных локализованных ковалентных связей ($sp^3$-гибридизация), поэтому свободных носителей заряда нет, и он является диэлектриком.