Grafen, sp² hibritleşmesi yapmış karbon atomlarından oluşan tek katmanlı, altıgen örgü yapısında bir malzemedir. Bu yapı rulo haline getirilerek Karbon Nanotüpler (CNT) elde edilir. CNT'lerin elektriksel özellikleri, grafen sayfasının hangi yönde rulo yapıldığına (kiralite) bağlı olarak metalik veya yarı iletken olabilir. Grafen tabakasının elektriksel iletkenliği ile ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi, yapısındaki orbital etkileşimleri dikkate alındığında en kapsamlı açıklamadır?
Şıklar
Karbon atomları arasındaki tüm değerlik elektronları \sigma bağlarında lokalize olduğu için sadece ısıl iletkenlik gösterir.
Hibritleşmeye katılmayan her bir karbon atomuna ait p_z orbitalleri, düzleme dik konumda birleşerek tüm tabaka boyunca delokalize bir π sistemi oluşturur; bu 'elektron denizi' elektrik iletimini sağlar.
Altıgen halkaların merkezindeki boşluklar, protonların serbestçe hareket etmesine izin vererek iyonik iletkenlik sağlar.
Grafende karbon atomları arasındaki bağlar sp³ karakterinde olduğu için elektronlar atomlar arasında kuantum tünelleme ile hareket eder.
Sadece bal peteği yapısındaki kusurlu bölgelerde (pentagon veya heptagonlar) biriken yükler sayesinde iletkenlik oluşur.
Çözüm Açıklaması
Grafen ve grafitin yüksek elektriksel iletkenliğinin nedeni, karbonun 2s, 2p_x ve 2p_y orbitallerinin sp² hibritleşmesi yaparak düzlemsel \sigma bağlarını oluştururken, hibritleşmeye katılmayan 2p_z orbitalinin düzleme dik kalmasıdır. Bu p_z orbitalleri yan yana örtüşerek (side-to-side overlap) tüm tabakayı kaplayan delokalize bir π-bulutu/bandı oluşturur. Bu bant içindeki elektronlar çok yüksek mobiliteye (hareketliliğe) sahiptir, bu da grafeni mükemmel bir iletken yapar. A şıkkı yanlıştır (\sigma bağları iletimden sorumlu değildir). C şıkkı iyonik değil elektronik iletim vardır. D şıkkı hibritleşme türü yanlıştır. E şıkkı kusurlar tam tersine iletkenliği genellikle düşürür.
Video Çözüm
Bu sorunun video çözümü hazır!
İnteraktif Çözüm
Adım adım, sesli ve animasyonlu çözüm. Quiz ile kendini test et!