Tanto el diamante como el grafito están hechos de carbono. Sin embargo, el diamante se considera el material más duro, mientras que el grafito es frágil y resbaladizo. ¿Cuál es esta diferencia, desde un punto de vista de enlace atómico?

La razón principal por la cual el grafito y el diamante difieren tanto desde un punto de vista mecánico reside en la conectividad de cada átomo de carbono que forma el material sólido.

El grafito está formado por capas muy delgadas de carbono que se unen débilmente por fuerzas de corto alcance (llamadas fuerzas de Van der Waals). En cada una de estas capas, cada átomo de carbono solo está unido a otros tres átomos de carbono de la misma “lámina” (en 2D). Esas capas de carbono están en realidad tan débilmente unidas que, de hecho, pueden deslizarse unas sobre otras con poco esfuerzo. Esta es la razón por la cual el grafito se puede usar en lubricantes secos. Vea a continuación una vista esquemática de las capas superpuestas, formando grafito.

Por otro lado, en un cristal de diamante, cada átomo de carbono toca cuatro vecinos que forman una estructura de tetraedro . Como puede imaginar, difícilmente pueden moverse en enlace 3D como tal. Agregue a esto que el enlace carbono-carbono es muy fuerte y obtendrá uno de los materiales más duros conocidos.

Finalmente, es interesante notar que la gran diferencia en la respuesta mecánica de esos dos materiales no radica en la naturaleza de los enlaces químicos entre los átomos de carbono (aunque su naturaleza de hecho difiere).

Fuente
Imagen 1
3 – Moléculas covalentes gigantes. – Química IGCSE
Imagen 2
Cristalografía de diamantes

La principal diferencia radica en la estructura. El grafito tiene una estructura de capas donde sus átomos de carbono son SP2 2D interconectados horizontalmente covalentemente, pero solo están interconectados verticalmente por las fuerzas de van der Waals, que es solo un enlace molecular, y es por eso que usamos grafito en lápices donde el enlace vertical ‘se rompería y dejaría las capas horizontales en la sábana blanca.

Mientras que una estructura Diamond consiste en átomos 3D SP3 interconectados covalentemente donde cada átomo de carbono está perfectamente unido con el otro, lo que hace que el diamante sea el cristal natural más duro en la tierra.

En ambos casos hay enlaces covalentes, pero la diferencia es que en el diamante, todos los átomos de carbono comparten un electrón con cada uno de sus cuatro átomos de carbono vecinos.
En grafito, en lugar de que cada carbono tenga cuatro vecinos, solo tiene tres. Cada carbono comparte un electrón con dos de sus vecinos y 2 electrones con el tercer vecino. De esta manera, un enlace CC de cada tres es un enlace doble.
El grafito está organizado en planos, y los enlaces CC en los planos son muy fuertes, pero la fuerza entre los diferentes planos es bastante débil (la fuerza de Van der Walls), y pueden deslizarse unos sobre otros. Esto explica la sensación “suave” del grafito y el hecho de que se usa como lubricante, de manera diferente a los diamantes.

El diamante se hibrida sp3 (cada carbono está unido a otros 4 carbonos).
El grafito se hibrida sp2 (cada carbono está unido a otros 3 carbonos). Como resultado, el grafito forma una estructura de capas delgadas, con electrones deslocalizados en el medio. Esto hace que el grafito sea menos duro que el diamante, pero también lo convierte en un buen conductor.

Tanto el grafito como los diamantes están compuestos de carbono, como ya sabes, y su química es una de las similitudes más importantes que tienen. Debido al hecho de que estos minerales son altamente sólidos y tienen un alto punto de fusión, es muy difícil quemarlos. A pesar de que ambos minerales son químicamente iguales en composición, son diferentes en forma física y en otros aspectos. Sin embargo, el grafito contiene capas de átomos de carbono. Debido al hecho de que las capas se deslizan unas sobre otras fácilmente y solo hay fuerzas débiles entre ellas, esto hace que el grafito sea resbaladizo. Incluso un no experto puede notar la diferencia entre grafito y diamantes; el grafito es más metálico y opaco y los diamantes son transparentes y brillantes.