Termodinamik verilere göre grafit, standart koşullar (25°C, 1 atm) altında karbonun en kararlı allotropudur. Elmasın grafite dönüşümü ekzotermiktir (ΔH = -1.9 kJ/mol), ancak bu dönüşümün aktivasyon enerjisi o kadar yüksektir ki oda koşullarında fark edilemez. Aşağıdaki grafik karbonun basınç-sıcaklık (P-T) faz diyagramının sadeleştirilmiş bir modelidir. Bu diyagram ve allotropların yapısal özellikleri dikkate alındığında, aşağıdakilerden hangisi sentezlenebilir bir çıkarımdır?
Şıklar
Yüksek basınç altında grafitin elmasa dönüşmesi, elmasın yoğunluğunun grafitin yoğunluğundan daha düşük olmasından kaynaklanır.
Sıvı karbonun aniden soğutulması (quenching) her zaman en düşük enerjili yapı olan grafiti verir.
Çok yüksek sıcaklıklarda (4000 K üstü) grafitin sıvı faza geçmeden doğrudan elmasa dönüşmesi termodinamik olarak imkansızdır.
Fullerenler ve karbon nanotüpler, bu diyagramda 'kararlı bölge' olarak işaretlenen alanların dışında, genellikle meta-stabil (yarı-kararlı) formlar olarak laboratuvar koşullarında sentezlenir.
Düşük basınç ve çok yüksek sıcaklık bölgesi, elmasın kristal yapısının bozulmadan korunduğu temel bölgedir.
Çözüm Açıklaması
Karbon faz diyagramında ana kararlı bölgeler Elmas (yüksek P) ve Grafittir (düşük P). Fulleren (C60) ve Grafen gibi yapılar aslında standart koşullarda grafite göre termodinamik olarak daha az kararlıdır (oluşum ental\pileri pozitiftir). Bu yapılar doğada doğrudan bu basınç/sıcaklık dengeleriyle değil, ark deşarjı veya kimyasal buhar biriktirme (CVD) gibi özel yöntemlerle meta-stabil (yarı-kararlı) olarak sentezlenirler. A şıkkı yanlıştır; yüksek basınç daha yoğun olan (elmas) formu destekler (Le Chatelier prensibi). C yanlıştır; faz diyagramındaki üçlü noktalara göre geçişler mümkündür.
Video Çözüm
AI ile video çözüm oluştur
İnteraktif Çözüm
Adım adım, sesli ve animasyonlu çözüm. Quiz ile kendini test et!