Kim Cương và Than Chì: So Sánh, Nguồn Gốc và Tính Chất

Kim cương với than chì đều là những dạng thù hình (allotropes) của nguyên tố carbon. Tuy nhiên có những tính chất vật lý cùng cấu trúc hóa học rất khác nhau dẫn đến ứng dụng với giá trị hoàn toàn khác biệt trong cuộc sống. Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về nguồn gốc của kim cương với than chì, cách chúng được tạo nên cũng như so sánh đặc điểm nổi bật giữa hai loại vật chất này.

Than chì, than gỗ với kim cương được tạo nên từ gì

Kim cương hay than chì đều được cấu tạo chủ yếu từ nguyên tử carbon, nhưng sự khác biệt nằm ở cách các nguyên tử này liên kết với nhau.

Than chì với than gỗ

• Than gỗ là sản phẩm của quá trình phân hủy không hoàn toàn của gỗ dưới điều kiện thiếu oxy, tạo ra một dạng carbon không tinh khiết chứa nhiều tạp chất, hơi than.

• Than chì là một dạng carbon tinh khiết, được tạo ra qua quá trình biến đổi các vật liệu carbon như than hoặc thậm chí than gỗ dưới nhiệt độ cao áp suất thấp.

• Về cấu trúc, than chì gồm các lớp nguyên tử carbon được sắp xếp thành từng lớp song song. Mỗi nguyên tử carbon liên kết với ba nguyên tử khác trong cùng một lớp, tạo thành mạng tinh thể lục giác dạng phẳng. Liên kết với nhau bằng lực Van der Waals rất yếu, nên than chì có tính trượt lớp dễ dàng, làm cho nó mềm có khả năng dẫn điện tốt.

Kim cương

• Kim cương được tạo thành khi nguyên tử carbon liên kết với bốn nguyên tử carbon khác theo hình dạng tứ diện đều, tạo nên cấu trúc mạng tinh thể ba chiều vô cùng cứng chắc.

• Kim cương hình thành trong điều kiện nhiệt độ, áp suất rất cao sâu trong lòng đất, nơi carbon được ép chặt kết tinh thành dạng cứng nhất trong các vật liệu tự nhiên.

• Đây là lý do vì sao kim cương cực kỳ cứng có độ bền cao nên khó bị trầy xước hay phá hủy.

So sánh kim cương với than chì

Độ cứng với cấu trúc

Kim cương là vật liệu cứng nhất trên Trái Đất nhờ vào cấu trúc liên kết mạnh mẽ giữa các nguyên tử carbon. Ngược lại than chì mềm dễ bị bóc tách, chính vì cấu trúc lớp giúp các lớp carbon dễ trượt lên nhau.

Ứng dụng trong đời sống

Kim cương thường được dùng làm đá quý trang sức hoặc trong các thiết bị công nghiệp đòi hỏi độ cứng cao như mũi khoan, lưỡi cắt. Than chì thì phổ biến trong ngành bút chì, chất bôi trơn, các linh kiện điện tử do khả năng dẫn điện ma sát thấp.

Kim cương với than chì tuy cùng được tạo thành từ nguyên tử carbon. Nhưng lại có cấu trúc tinh thể với tính chất vật lý hoàn toàn khác biệt. Kim cương với cấu trúc tứ diện bền chắc là vật liệu cứng nhất tự nhiên, trong khi than chì với cấu trúc lớp dễ trượt lại rất mềm dẫn điện tốt. Sự khác biệt này tạo nên giá trị với ứng dụng riêng biệt từ trang sức lấp lánh đến vật liệu thiết yếu trong sản xuất công nghiệp cũng như dụng cụ hàng ngày.