グラファイトは金属ですか？ (+ 知っておくべき 3 つの驚くべき事実)

いいえ、グラファイトは金属ではありません。これは炭素の一種であり、 非金属として分類されます。黒鉛は導体としての性質を示しますが、展性、延性、金属光沢などの金属特有の性質を持ちません。

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。

なぜグラファイトは非金属なのでしょうか?

グラファイトは、展性、延性、金属光沢などの金属の特有の特性を持たないため、非金属です。また、黒鉛は層状の結晶構造をしており、層間の結合が弱いため、柔らかく滑りやすい性質を持っています。

グラファイトは、六方格子に配置された炭素原子で構成され、弱いファンデルワールス力によって保持される層を形成します。非常に緻密な原子配列と非局在化電子の海を持つ金属とは異なり、グラファイトには全方向に効率的に電気を伝導する能力がありません。

代わりに、これらの面に非局在化した電子が存在するため、層に沿って電気を伝導します。

さらに、グラファイトは非金属の外観を示し、濃い灰色から黒色の物質として見えます。脆くて簡単に壊れてしまい、金属によく見られる展性や延性に欠けています。層間の結合が弱いため、層が相互に滑りやすくなり、グラファイト特有の潤滑性と低摩擦特性が得られます。

要約すると、グラファイトは、展性、延性、金属光沢、全方向への有効な導電性などの金属特性が欠如しているため、非金属として分類されます。その層状結晶構造、弱い層間結合、限られた電気伝導性が、その非金属性の原因となっています。

グラファイトの金属および非金属の特性

グラファイトは金属と非金属の両方の特性を示します。

グラファイトの金属的性質:

• 電気伝導率:グラファイトは電気を伝導しますが、その層の面内でのみ伝導します。これは、六方晶系格子内に非局在化電子が存在するためです。
• 熱伝導率：グラファイトは熱伝導率が高く、効率よく熱を伝えます。

グラファイトの非金属特性:

• 展性と延性の欠如:グラファイトは脆くて簡単に壊れるため、金属の特徴である成形したりワイヤに引き抜いたりする能力が欠けています。
• 金属光沢の欠如:グラファイトは濃い灰色から黒色の素材として見え、金属によく見られる光沢のある外観がありません。
• 低密度:グラファイトは緻密ではなく、金属と比較して密度が比較的低いです。
• 層状結晶構造:グラファイトの構造は、弱い層間結合によって互いに保持された層で構成されています。
• 潤滑性と低摩擦特性:層間結合が弱いため、層が相互に滑りやすく、グラファイト特有の潤滑性と低摩擦特性が得られます。

要約すると、グラファイトは電気伝導性や熱伝導性などの金属特性を示す一方で、脆さ、金属光沢の欠如、低密度、層状構造に関連する独特の特性などの非金属特性も示します。

グラファイトは他の非金属とどう違うのですか?

グラファイトはいくつかの点で他の非金属とは異なります。

• 電気伝導性:ほとんどの非金属とは異なり、グラファイトは電気伝導性を示すユニークな非金属材料です。これらの層内に非局在化した電子が存在するため、層状構造の平面に沿って電気を伝導できます。対照的に、他のほとんどの非金属は一般に電気を通しにくいです。
• 熱伝導率:グラファイトのもう 1 つの特徴は、その高い熱伝導率です。非金属の中では珍しく熱を効率よく伝える性質を持っています。他のほとんどの非金属は熱伝導率が低く、断熱材とみなされます。
• 結晶構造:グラファイトは、六角形のパターンに配置された炭素原子で構成される層状の結晶構造を持っています。この層状構造は、潤滑性や低摩擦性などのユニークな特性に貢献しています。対照的に、他の非金属は通常、共有結合構造や分子構造など、異なる結晶構造を持っています。
• 外観と物理的特性:グラファイトは独特の濃い灰色から黒色で、金属または半金属の光沢を持っています。また、層状構造のため比較的柔らかく滑りやすいです。対照的に、他の多くの非金属は、無色から鮮やかな色合いまでさまざまな色を持ち、多くの場合、脆い、または粉状の質感を持っています。
• さまざまな方向の導電性:グラファイトは層に沿って電気を伝導しますが、他の方向には良好な導電体ではありません。対照的に、シリコンやゲルマニウムなどの一部の非金属は結晶形態で電気を伝導できますが、その伝導性は一般に特定の結晶方向に限定されます。

要約すると、グラファイトは、その電気伝導性と熱伝導性、層状結晶構造、独特の外観、および指向性伝導特性により、他の非金属より際立っています。これらの特徴により、グラファイトは電気部品から潤滑剤に至るまで、さまざまな用途に使用できる多用途の材料となっています。

参考文献

黒鉛は元素ですか？
ダイヤモンドは元素ですか、それとも化合物ですか?
ダイヤモンドは鉱物ですか、それとも岩ですか?
黒鉛は鉱物ですか？
なぜ鉄は導体なのでしょうか？