A köznapi életben a szenet mint fekete vagy barna színű tüzelőanyagot ismerjük. A bányászott kőszén tökéletlen égése során képződő korom fekete bevonatot képez a tárgyakon. Fából faszenet tudnak előállítani, amit szintén fűtésre használnak. Talán néhányan azt is tudják, hogy a ceruzabél is szénből van, amit grafitnak hívunk. Azt viszont valószínűleg kevesen tudják, hogy egy üvegszerűen átlátszó, igen drága kristály, a gyémánt is ugyanolyan szénatomokból áll, mint a közönséges korom.
A gyémántátlátszó, nagyon magas olvadáspontú (3727 °C), igen kemény anyag. Sem vízben, sem a zsírokat, olajokat jól oldó úgynevezett zsíroldó szerekben (például benzinben) nem oldódik: a gyémántnak gyakorlatilag nincsoldószere.
A szén elektronegativitása közepes (2,5), négy kovalens kötés kialakítására alkalmas. Két atom között azonban háromnál több kötés nem alakulhat ki, ezért fel sem merülhet a kétatomos C2 molekula létrejötte. (A hármas kötésben a két pi-kötés olyan nagy mértékben kitölti a szigma-kötés körüli teret, hogy harmadik pi-kötés kialakulására nincs mód.) A gyémántban a szén egyszeres kovalens kötéssel kapcsolódik négy másik szénatomhoz.
Egy szénatomhoz tehát négy másik szénatom kapcsolódik egyszeres, szigma-kötéssel. Milyen térbeli elrendeződés alakul így ki? Az elektronoktaszítása miatt az elektronpárok a lehető legtávolabbra kerülnek egymástól.
Szerezzünk be 4 léggömböt, fújjuk fel körülbelül azonos méretűre! Rövid spárgával kössünk össze kettőt-kettőt, majd kíséreljük meg a két párt keresztben összeilleszteni! A négy lufi addig nem kerül nyugalomba, amíg a következő helyzetet fel nem veszi:
Atomszerkezeti ismereteinkből tudjuk, hogy a szén alapállapotú atomjában csak két párosítatlan elektron van. Ha csupán ezekkel létesítene kötést a szén, akkor az így létrejövő molekulában nem alakulna ki nemesgáz-szerkezet a szénatom körül. |
A négy kötés kialakulását úgy képzelhetjük el, hogy a szénatom párban lévő vegyértékelektronjaiból az egyik - energiabefektetéssel - az üres alhéjra kerül (ezt a tudomány hibridizációnak nevezi). |
A gyémántban a tetraéderes elrendeződésű szénatomok kötéstengelyei egymással 109,5°-os szögeket zárnak be. A térbeli elrendeződésből következik, hogy egy szénatomtól kiindulva mindig újabb és újabb szénatomokhoz jutunk el, vagyis a kristályrács elvileg végtelennagy is lehet. (A gyémántrács szélén, azaz a gyémánt felületén a szén szabad vegyértékeit hidrogénatomok kötik le.) Azt is mondhatnánk, hogy egy gyémántkristály egyetlen óriási molekula, csakhogy a molekularácsos anyagokra az alacsony olvadáspont és valamilyen mértékű oldhatóság a jellemző. A gyémántra nem ez a jellemző, sajátos szerkezetét ezért más névvel illetik. A gyémánt atomrácsos kristályt alkot.
Az atomrácsos kristályrács pontjainatomtörzsek vannak, köztük erős kovalens kötés az összetartó erő.
A gyémánt szerkezetével magyarázható a magas olvadáspontja, keménysége, és az oldhatatlansága is. Keménysége miatt fúrófejek kialakítására, illetve üvegvágásra használják. Apró gyémántot tartalmaznak a lemezjátszók lejátszófejei is. A gyémánt hasznos tulajdonságai és szépsége mellett igen ritka anyag, drágakő.
21. századi közoktatás - fejlesztés, koordináció (TÁMOP-3.1.1-08/1-2008-0002)
