Auf dieser Wikipedia-Seite ist die elektrische Leitfähigkeit verschiedener Materialien angegeben in der dritten Spalte ($ \ sigma \ text {(S / m) bei 20} ^ \ circ \ text {C} $). Ich interessiere mich für den Eintrag für Kohlenstoff (Graphit) :
- $ 2 $ bis $ 3 \ times 10 ^ 5 \ text {S / m} \ perp \ text {Basisebene} $
- $ 3.3 \ times 10 ^ 2 \ text {S / m} \ parallel \ text {Basisebene} $
Warum ist die Leitfähigkeit parallel zur Ebene niedriger als in der Richtung senkrecht zur Ebene?
Ich bin überrascht über die relativen Größen dieser $ \ sigma $ -Werte, weil ich dachte, dass eines der erstaunlichen Dinge an Graphen – einer atomaren Graphitschicht – seine Leitfähigkeit in
Haben Sie Vorschläge zum Lesen, die ich tun kann, um dies zu verstehen?
Antwort
Guter Fang – Sie haben absolut Recht. Dies ist ein Fehler auf der Wikipedia-Seite, wie eine schnelle Überprüfung mit der dort aufgeführten Referenz bestätigt. Die Werte sind falsch herum.
Jetzt ändern …
Bearbeitet, um Folgendes hinzuzufügen: dies wirft natürlich die Frage auf, warum es so sein sollte. Eine etwas handgewellte Antwort ist, dass sich die $ p_z $ -Orbitale genau wie bei Benzol in jeder Graphenschicht überlappen, so dass das von jedem Kohlenstoff gelieferte Elektron in dieser Ebene delokalisiert wird (die anderen drei sind in den drei $ \ sigma gebunden $ Anleihen). In gewissem Sinne ist dies also eine Konjugation, jedoch über eine ganze 2D-Ebene und nicht um einen Ring oder entlang einer einzelnen Kette von Atomen. Andererseits sind die Graphenschichten etwas weiter voneinander entfernt als die kovalent gebundenen Atome innerhalb einer Schicht (wie zu erwarten ist, da die Schichten nur schwach durch Van-der-Waals-Wechselwirkungen gebunden sind), so dass die Überlappung stark verringert wird und Die Leitung ist viel schwieriger.
Eine vollständigere Antwort würde auf einer Untersuchung der elektronischen Bandstruktur von Graphit beruhen, die ein aktives Forschungsgebiet darstellt und den Rahmen dieser Antwort sprengt!
Kommentare
- Genau wie im Anschluss warum ist die elektrische Leitfähigkeit in paralleler Richtung höher?
- Sie nahm an, dass bereits in Ihrer Frage, warum?