Graphite: các lớp mạnh, lực hút giữa các lớp yếu và electron tự do di chuyển
Đã giới thiệu| English | Ý nghĩa |
|---|---|
| graphite/ˈɡræfaɪt/ | than chì |
| hexagonal ring/ˈheksəɡənl rɪŋ/ | vòng lục giác |
Điều gì có thể giải thích quan sát này?
- Graphite có thể đủ mềm để lại dấu bút chì nhưng vẫn giữ các liên kết cộng hóa trị rất mạnh. Các tính chất khác nhau phụ thuộc vào các liên kết bên trong và giữa các lớp của nó.
- Bắt đầu bằng một dự đoán. Nêu rõ các đại lượng hoặc đặc điểm bạn sẽ so sánh, sau đó quyết định bằng chứng nào có thể phân biệt hai lời giải thích.
Xây dựng mô hình
- Mỗi nguyên tử carbon trong graphite tạo ba liên kết cộng hóa trị với các nguyên tử carbon khác trong các lớp vòng lục giác. Các liên kết mạnh bên trong các lớp đòi hỏi nhiều năng lượng để phá vỡ, dẫn đến nhiệt độ nóng chảy rất cao theo chương trình GCSE. Không có liên kết cộng hóa trị giữa các lớp; lực hút yếu hơn cho phép các lớp trượt lên nhau, giải thích tính mềm và ứng dụng làm chất bôi trơn. Một electron từ mỗi nguyên tử carbon được phi địa phương hóa và có thể mang điện tích xuyên suốt cấu trúc.
- Graphite: Một dạng carbon với các lớp lục giác liên kết cộng hóa trị và một electron phi địa phương hóa cho mỗi nguyên tử carbon; Vòng lục giác: Một vòng gồm sáu nguyên tử liên tiếp nhau trong mô hình lớp graphite đã nêu.
Điều gì giải thích sự trượt của các lớp than chì?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Trong mỗi lớp, liên kết cộng hóa trị rất mạnh, nhưng các lớp được giữ bởi lực hút liên phân tử yếu và không có liên kết cộng hóa trị nào giữa chúng, nên chúng trượt lên nhau dễ dàng. Bản thân các liên kết vòng vẫn mạnh.
Ghép mỗi thuật ngữ kỹ thuật với ý nghĩa chính xác của nó.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Sử dụng các định nghĩa để phân biệt các đại lượng và quá trình liên quan.
Chọn bằng chứng có thể kiểm chứng
- Không sử dụng lực hút yếu giữa các lớp để giải thích nhiệt độ nóng chảy cao: tính chất này liên quan đến liên kết cộng hóa trị mạnh. Ngược lại, chỉ nêu liên kết cộng hóa trị mạnh mà không đề cập đến lực hút giữa các lớp thì không giải thích được việc các lớp dễ dàng trượt lên nhau. Graphite giống kim loại ở chỗ có electron phi địa phương hóa, nhưng mạng liên kết của nó là liên kết cộng hóa trị theo lớp chứ không phải liên kết kim loại. Hướng dẫn điện trong thực tế của graphite không được biểu diễn đầy đủ bởi một bản vẽ phẳng đơn giản.
- Quan sát mô hình lớp lục giác và xác định ba nguyên tử lân cận cho một nguyên tử carbon ở trung tâm, với các liên kết kéo dài ra các cạnh cắt. So sánh các lớp xếp chồng lên nhau mà không có đường nối liên kết cộng hóa trị. Một bài kiểm tra điện áp thấp do giáo viên phê duyệt đối với thanh graphite đã chuẩn bị có thể cung cấp bằng chứng về khả năng dẫn điện. Ghi lại chất lượng tiếp xúc và hình học, đồng thời phân biệt vật liệu thanh với lõi bút chì hỗn hợp graphite/gạch.
Hai thói quen nào sau đây giúp việc nghiên cứu hoặc mô hình trong trường hợp này trở nên thuyết phục hơn?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Việc nêu rõ các điều kiện và giả thiết giúp người khác lặp lại công việc chính xác, và ghi lại bằng chứng hỗ trợ giúp họ kiểm tra kết luận. Giấu đi các kết quả mâu thuẫn sẽ loại bỏ bằng chứng có thể thách thức một kết luận sai, và một phép đo lường không thể khẳng định một tuyên bố rộng hơn.
Làm việc từ các đại lượng đã biết
- Nêu các giá trị đã biết và đơn vị của chúng. Chọn công thức vì các giả thiết của nó phù hợp với trường hợp này, sau đó biến đổi trước khi thay số.
- Đã biết: một mô hình lớp than chì bên trong được nêu có 90 nguyên tử carbon đóng góp mỗi nguyên tử một electron phi địa phương, do đó nó đại diện cho 90 electron như vậy. 90×3=270 đầu liên kết của nó tương ứng với 135 liên kết sau khi chia đôi theo quy ước không có biên giới. Số lượng electron và số lượng liên kết cộng hóa trị mô tả các khía cạnh khác nhau của cùng một cấu trúc.
Trong mô hình graphite đã nêu, 55 nguyên tử carbon đóng góp mỗi nguyên tử một electron phi địa phương hóa. Có bao nhiêu electron được đại diện? Sử dụng cùng trình tự: đại lượng đã biết → mô hình → mối quan hệ → thay thế → đơn vị và giải thích.
Trong mô hình graphite đã nêu, 55 nguyên tử carbon đóng góp mỗi nguyên tử một electron tự do. Bao nhiêu electron được biểu diễn?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Kết quả là 55 electron. Đã biết: 55 nguyên tử carbon mỗi nguyên tử đóng góp một electron tự do. Số electron tự do = 55 x 1 = 55 electron. Số đếm này riêng biệt với số đếm liên kết cộng hóa trị của cùng cấu trúc.
Kiểm tra kết luận và giới hạn của nó
- Graphite không có bốn nguyên tử lân cận liên kết cộng hóa trị cho mỗi nguyên tử carbon như kim cương. Lực hút yếu giữa các lớp không có nghĩa là không có lực hút nào cả. Một cạnh cắt trong mô hình có ít nguyên tử lân cận được vẽ hơn và không nên coi là bằng chứng phản bác mô hình ba liên kết ở phần trung tâm.
- Quay trở lại quan sát ban đầu. Giải thích kết quả hỗ trợ điều gì, những điều kiện nào mà nó giả định, và một cách để kiểm chứng một giải thích cạnh tranh.
Nhiệt độ nóng chảy cao của than chì chỉ giải thích bằng lực hút giữa các lớp yếu. Khẳng định này sai: Nhiệt độ nóng chảy được quyết định bởi liên kết cộng hóa trị MẠNH BÊN TRONG các lớp, những liên kết này phải bị phá vỡ để làm nóng chảy than chì - do đó nhiệt độ rất cao. Lực hút yếu chỉ tác động giữa các lớp và giải thích tính trơn trượt, không phải nhiệt độ nóng chảy.
Graphite: các lớp mạnh, lực hút giữa các lớp yếu và electron di chuyển: Không sử dụng lực hút yếu giữa các lớp để giải thích nhiệt độ nóng chảy cao: tính chất này liên quan đến liên kết cộng hóa trị mạnh. Ngược lại, chỉ nêu liên kết cộng hóa trị mạnh mà không đề cập đến lực hút giữa các lớp thì không giải thích được việc các lớp dễ dàng trượt lên nhau. Graphite giống kim loại ở chỗ có electron phi địa phương hóa, nhưng mạng liên kết của nó là liên kết cộng hóa trị theo lớp chứ không phải liên kết kim loại. Hướng dẫn điện trong thực tế của graphite không được biểu diễn đầy đủ bởi một bản vẽ phẳng đơn giản.
Điểm nóng chảy cao của than chì chỉ được giải thích bởi lực hút giữa các lớp yếu.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Điểm nóng chảy được xác định bởi các liên kết cộng hóa trị MẠNH BÊN TRONG các lớp, phải bị phá vỡ để nóng chảy than chì — do đó điểm nóng chảy rất cao. Các lực hút yếu chỉ tác động giữa các lớp và giải thích tính trơn trượt, không phải sự nóng chảy.
Một dạng carbon có các lớp lục giác liên kết cộng hóa trị và một electron không định vị cho mỗi nguyên tử carbon: viết thuật ngữ kỹ thuật.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
graphite (thép than) là một dạng carbon có các lớp lục giác liên kết cộng hóa trị và một electron không định vị cho mỗi nguyên tử carbon.