石墨轉(zhuǎn)變?yōu)槭┦俏锢碜兓€是化學(xué)變化?
石墨是碳元素的同素異形體之一,由多層碳原子以六邊形蜂窩狀排列形成的層狀三維結(jié)構(gòu),層間通過?范德華力?結(jié)合。
石墨烯是單層碳原子?以sp2雜化軌道組成的六角蜂巢晶格二維材料,是構(gòu)成石墨的基本單元,1毫米厚的石墨約包含300萬層石墨烯。
石墨轉(zhuǎn)變?yōu)槭┯形锢韯冸x和化學(xué)剝離兩種情況,涉及不同的中間過程。
?1. 物理剝離法(物理變化)?
?核心過程?:通過機(jī)械力(如膠帶反復(fù)黏貼剝離)直接將石墨層分離成單層或多層石墨烯,?僅破壞層間的范德華力?,不涉及原子間化學(xué)鍵的斷裂或重組。
?微觀本質(zhì)?:石墨烯是石墨的單層結(jié)構(gòu),剝離過程未改變碳原子的化學(xué)組成和鍵合方式(均為sp2雜化),?無新物質(zhì)生成?。
?典型方法?:微機(jī)械剝離法(如諾獎(jiǎng)得主膠帶法)。
?2. 化學(xué)剝離法(化學(xué)變化)?
?核心過程?:使用強(qiáng)氧化劑(如濃硫酸、高錳酸鉀)將石墨氧化成氧化石墨,再通過還原劑去除含氧基團(tuán)得到石墨烯。此過程?涉及共價(jià)鍵斷裂與形成?(如C-O鍵生成與斷裂),并伴隨新物質(zhì)(氧化石墨)產(chǎn)生。
?微觀本質(zhì)?:氧化階段引入含氧官能團(tuán)破壞石墨的共軛結(jié)構(gòu),還原階段雖恢復(fù)導(dǎo)電性,但?化學(xué)鍵重組導(dǎo)致結(jié)構(gòu)缺陷?,屬于化學(xué)變化。
?典型方法?:氧化還原法、化學(xué)氣相沉積法(CVD)。
?總結(jié)對比?
?判定依據(jù)? | ?物理剝離法? | ?化學(xué)剝離法? |
?作用力類型? | 僅破壞分子間作用力(范德華力) | 涉及化學(xué)鍵斷裂與重組 |
?是否有新物質(zhì)? | 否(石墨烯是石墨的單層形態(tài)) | 是(中間產(chǎn)物氧化石墨) |
?代表工藝? | 膠帶機(jī)械剝離 | 氧化還原法、CVD法 |
?變化性質(zhì)? | ?物理變化? | ?化學(xué)變化? |
?結(jié)論?
石墨→石墨烯的轉(zhuǎn)變性質(zhì)?取決于制備方法?:
?物理剝離法?(如膠帶法)為?物理變化?(未破壞化學(xué)鍵);
?化學(xué)剝離法?(如氧化還原法)為?化學(xué)變化?(涉及化學(xué)鍵變化與新物質(zhì)生成)。
爭議源于不同情境下的判斷標(biāo)準(zhǔn):若僅考慮物質(zhì)結(jié)構(gòu)本質(zhì),屬于物理變化;若涉及具體制備工藝,則可能為化學(xué)變化。