標準温度および圧力 (STP) では、炭素は一般にグラファイトと呼ばれる固体として存在します。しかし、非常に高い温度と圧力では、炭素は液体または気体の状態で、たとえば溶岩や二酸化炭素として存在する可能性があります。
まあ、それは単純な答えでした。ただし、このトピックについては、コンセプトを明確にするために知っておくべきことがいくつかあります。
それでは早速本題に入りましょう。
なぜ炭素は室温で固体の形で存在するのでしょうか?
炭素は、その独特の原子構造と結合特性により、室温では固体の形で存在します。室温および通常の大気圧では、炭素原子は六角形のリングのシートが重なり合ったグラファイトと呼ばれる結晶構造内で結合します。
グラファイトの各炭素原子は、強力な共有結合によって隣接する 3 つの炭素原子と結合しており、非常に安定した強力な構造を形成しています。これらの強力な結合を破壊するには大量のエネルギーが必要であるため、炭素は室温では固体から液体または気体に簡単には変化しません。
炭素の別の形態はダイヤモンドであり、これも室温では固体です。ダイヤモンドは、各炭素原子が隣接する 4 つの炭素原子と結合する独特の四面体結合構造により、グラファイトよりもさらに硬く耐久性があります。このタイプの結合により、グラファイトよりもさらに安定した高密度の三次元原子ネットワークが形成されます。
要約すると、炭素は、その強力な共有結合特性と、その 2 つの最も一般的な形態であるグラファイトとダイヤモンドの独特の原子構造により、室温では固体として存在します。
炭素は液体状態で存在しますか?
はい、炭素は液体状態でも存在できますが、非常に高い温度と圧力が必要です。
液体炭素の一例は、鉄鋼の製造に使用される溶融鉄炭素合金の形で発生します。このプロセスでは、高温で鉄に炭素が加えられ、鉄と炭素の液体混合物が生成されます。しかし、これらの合金中の炭素量は一般に 6.67 重量％未満であり、融点は依然として非常に高く、通常は約 1150 ～ 1300℃です。
別の例は液体二酸化炭素 (CO 2 ) で、これは産業や研究室で一般的な溶媒です。標準大気圧では、液体二酸化炭素の沸点は -78.5℃、融点は -56.6℃です。ただし、液体状態に達するには、二酸化炭素を高圧下、通常は 5.1 気圧以上に保持する必要があります。
一般に、炭素は通常の条件下では液体状態では見られず、通常、液相に達するには極端な温度および/または圧力が必要です。
固体炭素は液体炭素とどう違うのですか?
固体炭素と液体炭素は、物理的状態と分子配列の点で異なります。
ソリッドカーボン
固体炭素は、ダイヤモンドとグラファイトという 2 つの一般的な形態で存在します。
ダイヤモンドは四面体構造に配置された炭素原子の三次元配列で構成されていますが、グラファイトは六角形に配置された炭素原子の層で構成されています。
どちらの形態でも、炭素原子は強い共有結合によって結合されており、その結果、融点が高く、硬い構造を持つ固体材料が得られます。
液体カーボン
液体炭素は、形成される条件に応じてさまざまな形で存在します。
たとえば、溶融鉄炭素合金は、高温で炭素が鉄と混合された液体炭素の一種です。
液体カーボンは、産業や研究室で一般的な溶媒である液体二酸化炭素 (CO2) としても存在します。液体の状態では、炭素原子は硬い共有結合によって結合されておらず、自由に移動して他の原子と相互作用するため、融点が低く、構造の剛性が低い流体材料が得られます。
要約すると、固体カーボンと液体カーボンは、物理的状態、分子配列、融点、剛性、流動性などの特性が異なります。
参考文献
ホウ素は固体ですか、液体ですか、それとも気体ですか?
水素は固体ですか、液体ですか、それとも気体ですか?
水銀は固体ですか、液体ですか、それとも気体ですか?
リンは固体ですか、液体ですか、それとも気体ですか?
ナトリウムは固体ですか、液体ですか、それとも気体ですか?