黒鉛とダイヤモンド

質問

なんで黒鉛は電気を通して、ダイヤモンドは電気を通さないのですか。教えてください。

回答No.3

cbr_750

前の方が話されてるように黒鉛とダイヤモンドは結合の仕方が違います。黒鉛は六角形の板の重なりです。その板の間に電子の層があります。よく鉛筆の黒鉛で字が書けるのはこの層間では結合がゆるいので、滑り、字が書けると言います。また、電気の流れる向きもあります。層間に垂直には流れません。実際は無限に層が広がった整然としてませんので、流れると思いますが、抵抗の変化はあります。カーボンファイバーの釣竿やゴルフのパッと等も雷の時危ないというのもそんなところだと思います。そんなところも金属とは違うところです。有機物質で電気伝導性のある物質の研究もされてます。

回答No.2

acguitar

#1の方、さすが専門家ですね！詳しい！

君が小学生だったりした時のために、できるだけわかりやすく例え話しにしてみますね。
ダイヤモンドも黒鉛も、同じ炭素という粒粒でできてますわな。
炭素の粒粒（原子）は、プラスの粒粒（陽子）と、マイナスの粒粒（電子）でできとります。2種類の粒粒で、1種類の炭素原子ができているわけですね。

ダイヤモンドでは、マイナスの粒粒と、プラスの粒粒が、いっしょになって、コンクリートのように固められています。（実際には、隣同士の炭素原子が、ひとつの同じ電子をつかむことで、みんなが互いにがっちり組み合っています。炭素原子には４つ手があるので、一人が4人ずつとつながっているわけです。ジャングルジム（この場合手は6個あるけど）のようなイメージですね）

一方黒鉛では、プラスの粒粒でできた板が、マイナスの粒粒をはさんでいる、サンドイッチのような構造になっています。板はがっしりしていますが、サンドイッチの具はぐちょぐちょで、マイナスの粒粒が自由に動き回れます。（全員の炭素原子が、1個だけ手をぶらぶらさせて、一個ずつ、電子を離してあげるわけです）

さて、電気とはマイナスの粒粒が集団移動することなんです。コンクリートの中では誰も動けないですが、サンドイッチの具の中では、マイナスの粒粒が自由に動くというわけです。

回答No.1

chan008

黒鉛もダイヤモンドも炭素の結晶型なのですが、原子の結合のし方が異なります。わかりやすいように簡単に説明しますと、一つの炭素原子は最大で４つの隣り合った原子と結合をすることができます。すなわち、隣の原子とくっつくために、４つのフリーに動ける電子がある、と考えてください。ダイヤモンドは一つの炭素原子のまわりに４つの炭素原子が正四面体の配置で結合をしています。このときの結合状態はシグマ結合といい、互いの原子に含まれる電子をその原子間で共有しています。ですから、電子はその原子間以外のところを動くことはできません。（動かすにはかなりのエネルギーが必要となります）ですから、ダイヤモンドは通常は電気を流しません。黒鉛では、炭素原子は隣り合った３つの炭素原子とはダイヤモンドの場合と同じ結合をします。その結果、六角形が沢山つながった網のような平面の構造になります。で、その平面が沢山積み重なった格好になっています。そうすると、のこりの１個の「手」が余りますよね？この一個の手はくっつく相手がいないので、平面の上下に宙ぶらりんになっています。その結果、平面に含まれる炭素原子の全ての余った手が束になって、パイ結合と言うくっつき方を作り、まるで平面上に電子の雲を作ったようになります。したがって、この結合に含まれる電子は六角形の平面中をどこでも自由に動き回れるので、黒鉛は電気が流れるわけです。なお、平面同士の積み重なりは一種の静電気のような力でくっついています。したがって、電気は平面にそった方向では非常によく流れますが、積み重なり方向ではあまりよくは流れません。したがって、トータルでの電気伝導度は、金属よりは小さくなる、というしくみになっています。

もし、演習問題などの解答として必要なら・・・、
「ダイヤモンドは一つの炭素原子の周りに４つの炭素原子が正４面体配置をした、sp^3共有結合をしており、その結果、各原子中の電子が動ける範囲は隣同士の原子間に限られるため電導性は低い。これに対して、黒鉛は、一つの炭素原子の周りに３つの炭素原子が正三角形の形で配置し、sp^2結合を有した六角網面層の積層構造を形成している。その結果、網面上のパイ電子は層面の中を自由に動くことができるので、電導性がある。」

お礼

大変詳しい説明ありがとうございます。良く分かりました。ありがとうございました。