Sự khác biệt giữa kim cương và than chì

Kim cương và than chì đều là những dạng thù hình của nguyên tố Cacbon, nhưng lại có những điểm khác biệt nổi bật. Chính những sự khác nhau này đã tạo ra sự khác biệt trong ứng dụng thực tế và chênh lệch về giá trị. Trong khi kim cương là vật chất có giá trị lớn, được xem là sản phẩm cao cấp thì than chì lại là vật chất có giá trị thấp được ứng dụng sử dụng trong cuộc sống hàng ngày. Điều gì đã tạo nên sự khác biệt giữa kim cương và than chì lớn như vậy?

Xem thêm bài viết về kim cương

Than chì là gì?

“Than chì” hay “graphit”  là một dạng thù hình của cacbon tồn tại trong tự nhiên. Tinh thể than chì có cấu trúc lớp. Trong một lớp, các nguyên tử cấu thành một tam giác đều tại mỗi đỉnh là một nguyên tử cacbon; mỗi nguyên tử cacbon liên kết với ba nguyên tử cacbon lân cận bằng liên kết cộng hóa trị. Các lớp cacbon nằm chồng lên nhau và liên kết với nhau bằng tương tác yếu nên rất dễ tách ra và trượt lên nhau. 

Ở điều kiện thường, than chì là chất rắn dạng tinh thể màu xám đen, mềm, khi vạch ra trên giấy để lại vạch đen gồm nhiều lớp tinh thể.. Mặc dù cấu thành từ các nguyên tố phi kim nhưng than chì là một chất dẫn điện. Trong thực tế than chì có rất nhiều ứng dụng như làm ruột bút chì, là vật liệu để làm các điện cực của đèn hồ quang.

Hiên nay, nơi tìm thấy và được khai thác than chì lớn nhất được biết đến là ở Trung Quốc. Tiếp đó xếp thứ hai và thứ ba trong ngành công nghiệp khai thác than chì là Ấn Độ và Brazil. Sản lượng than chì cung cấp cho toàn thế giới hiện nay hầu hết đều do các quốc gia nàu cung cấp. Với tính ứng dụng thực tế cao của mình, than đá đang là một chất liệu có nhu cầu sử dụng cao hiện nay.

Xem thêm về vàng bạc đá quý

Kim cương và than chì là các dạng gì?

Kim cương và than chì là hai dạng thù hình của nguyên tố cacbon, tồn tại dưới dạng chất rắn gần như là tinh khiết trong tự nhiên. Trong khi kim cương là vật chất được cho là cứng nhất thì than chì lại rất mềm, sự khác biệt này là do cấu tạo mạng tinh thể khác nhau của kim cương và than chì. 

Kim cương là các tinh thể khối lập phương đối xứng liên kết mạnh mẽ với nhau. Bên trong chúng có chứa các nguyên tử cacbon bậc 4, nằm trên các đỉnh của hình tứ diện đều. Mỗi nguyên tử cacbon liên kết với bốn nguyên tử cacbon lân cận bằng bốn liên kết cộng hóa trị bền tạo ra 1 mạng lưới các nguyên tử liên kết chắc chắn với nhau. Đây chính là lý do tạo nên cấu trúc vững chắc cao của kim cương.

Xem thêm bài viết về kim cương xanh

Mặc dù cùng được cấu tạo từ nguyên tố cacbon nhưng cấu trúc than chì lại khác hẳn so với kim cương. Than chì có cấu trúc tinh thể có dạng cacbon bậc 3, nghĩa là một nguyên tử cacbon ở đây sẽ liên kết với ba nguyên tử cacbon khác nhưng liên kết của chúng không tạo thành cấu trúc vững chắc về khối mà lại xếp lớp lên nhau, khoảng cách giữa các lớp liên kết khá lớn. Bên cạnh đó, những liên kết giữa các lớp với nhau lại rất yếu khiến cho các lớp trượt lên nhau và dễ dàng có thể tách khỏi nhau. Chính vì vậy mà khiến cho than chì có độ cứng thấp hơn nhiều lần so với kim cương.

Sự khác nhau giữa kim cương và than chì

Tuy cùng là những dạng thù hình của nguyên tố Cacbon, nhưng kim cương và than chì đều có những điểm khác biệt nổi bật. Chính những sự khác nhau này đã tạo ra sự khác biệt trong ứng dụng thực tế và chênh lệch về giá trị. Trong khi kim cương là vật chất có giá trị lớn, được xem là sản phẩm cao cấp thì than chì lại là vật chất có giá trị thấp được ứng dụng sử dụng trong cuộc sống hàng ngày. Những điểm khác nhau cơ bản giữa kim cương và than chì là:

Màu sắc: Than chì có màu đất kim loại, khá mờ đục trong khi kim cương trong suốt và lấp lánh.

Độ cứng : Độ cứng của than chì từ 1 – 2 trên thang đo Mohs, còn kim cương có độ cứng 10 trên thang đo Mohs. Vì vậy kim cương được xem là chất cứng nhất trong tự nhiên trong khi than chì thì lại nằm trong nhóm những vật chất mềm.

Cấu trúc hệ tinh thể: Than chì có cấu trúc hệ tinh thể lục phương gồm thành các lớp xếp chồng lên nhau, dạng thường tinh thể 6 mặt khối đặc, cấu trúc than chì có dạng cacbon bậc 3d. Còn kim cương lại có hệ tinh thể Isometric Hexoctahedral, kết tinh trong hệ lập phương đối xứng gắn kết chặt chẽ với nhau, bên trong chúng có chứa các nguyên tử cacbon bậc 4. 

Tính chất vật lý : Trong khi than chì là một trong các vật liệu mềm nhất, dẫn điện tốt, là chất bôi trơn rất tốt. Thì kim cương là vật liệu cứng nhất, cách điện và là chất mài mòn siêu hạng.

Ứng dụng: Than chì được dùng làm điện cực; làm nồi, chén để nấu chảy các hợp kim chịu nhiệt; chế tạo chất bôi trơn; làm bút chì đen. 

Kim cương được sử dụng nhiều trong chế tác đồ trang sức. Trong kĩ thuật, kim cương được dùng làm mũi khoan, dao cắt thuỷ tinh, bột mài.

Xem thêm bài viết về kim cương Cullinan