ダイヤモンドについて質問

ダイヤモンドについて質問なのですが、
原子構造はピラミッド状の、Cの同素体の中では最も規則的な構造をしていると解釈していたのですが、
実は立体状ではあるが不規則な構造で、グラファイトの層になっている構造の方が規則性があるという話しを聞きました。
分かりづらい質問で申し訳ないのですが、前者と後者どちらが正しいか教えて下さい。

No.3 ベストアンサー 回答者： shkwta 回答日時： 2005/05/29 19:44

No.1の補足への回答です。

日本語の解説が見当たらないので、英語で申し訳ないのですが
http://www.geocities.com/CapeCanaveral/Launchpad …
ここの下から2/5ぐらいのところで、C_graphite(黒鉛)とC_diamond(ダイヤモンド）を比較して、表と計算式で示してあります。常温常圧で、ダイヤモンドより黒鉛の方が安定だという説明です。

要旨はつぎのようなことです。
-----------------------
絶対温度298 Kにおいて、
ダイヤモンドから黒鉛への反応エンタルピーは ΔH=- 1.9 kJ/mol
ダイヤモンドの標準エントロピーは ΔS= 5.7 J/K・mol
黒鉛の標準エントロピーは ΔS= 2.4 J/K・mol
よって反応ギブスエネルギーはΔG=ΔH - TΔS = -1900-298×(5.7-2.4) J/mol = -2.88 kJ/mol
ということで自発的に起こる反応の方向は「ダイヤモンド→黒鉛」である。しかしその反応速度は小さく無視できる程度である。
-----------------------
ΔHが負なので、結合エネルギー上は黒鉛のほうがエネルギーが低い（≒強い）結合です。
また、エントロピーで見ると、標準エントロピーを《乱雑さ》の指標とみなせば、常温ではダイヤモンドのほうが乱雑だということになります。しかし、これは結晶構造が乱雑だということではなく、原子の状態ではダイヤモンドの方が取れる状態の数が多いという意味です。

ということで、エントロピーで見ると、ご質問とは逆の結論になるようです。話の真相はよくわかりませんが、文脈上さらに考えられることがあれば補足をお願いします。

この回答への補足

ご回答ありがとうございます。
補足というより、サイトを見てふと思ったのですが、グラファイトのΔG = 0、ΔH = 0、ΔG = ΔH - TΔSで、なぜS = 5.7 J/K・mol になるのでしょうか?
よろしくお願いします。

補足日時：2005/05/29 20:24

No.4 回答者： shkwta 回答日時： 2005/05/29 21:25

No.3の補足への回答です。

失礼しました。標準エントロピーの記号はΔSではなくSでした。訂正します。
両者の差ではなくて、絶対エントロピー（O K のエントロピーが0）ですので、ダイヤモンド・黒鉛両方とも0にはなりません。

なお、S=5.7 J/K・mol ですが、これは実測値のようです。
極低温から常温までの定圧モル熱容量Cpの実測値（ただし、12 K 程度以下は実測困難で理論的に推定）を使って、S = ∫[0→298K](Cp/T)dT で求めていると思います。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。
代入して計算したら、0でないことが納得できました。
-2900 = -1900 - (273 + 15) * (S - 2.4)
S ≒ 5.7[J/K・mol]

お礼日時：2005/05/31 00:39

No.2 回答者： doc_sunday 回答日時： 2005/05/29 18:45

かなり難しい問題だと思います。

この件に関しては＃１の方が「物理化学」強いのでそちらにお任せしたいと思いますが、「局所的」な均一性と「大局的」な均一性、構造欠陥の問題まで踏み込むと、そのようなものをどうやって作るのか、という問題まで踏み込むことになってしまうので。
なお熱力学的にはグラファイトが一番安定で、
ダイアモンドは標準生成のエンタルピー、ギブス自由エネルギー、エントロピーがそれぞれ、
Δ_fＨ^0:1.892(ｋJ*mol^(-1))、Δ_fＧ^0:2.900(ｋJ*mol^(-1))、Ｓ^0:2.38(J*Ｋ^(-1)*mol^(-1))。
フラーレンはそれぞれ、0.954、1.715、8.39(単位省略)
データは理科年表(丸善刊)

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。
"どうやって作るのか"に興味を持ち、検索したところ、次のようなサイトを見つけました。
http://www.sci.himeji-tech.ac.jp/sp8ss/sp8ss2004 …
黒鉛にものすごい圧力をかけると、人工ダイヤモンドが生成されるということは分かったのですが、
ΔG=VΔP　に当てはめると、-2900 = V * -1.7 * 10^9 (ΔPはサイトのグラフより目分量)より、黒鉛はダイヤモンドになる際に、とんでもない比率で小さくなってしまうのでしょうか。それとも私の考え方・計算が間違っているのでしょうか？
また素人考えで申し訳ないのですが、よろしくお願いします。

お礼日時：2005/05/31 01:13

No.1 回答者： shkwta 回答日時： 2005/05/29 16:41

ダイヤモンドもグラファイトも結晶なので、どちらも規則的な構造です。

どちらが規則性の高い構造か、という優劣は考えられないと思います。何か、こういうことで規則性を判断するのだという定義や説明は、その文章についていないのでしょうか？

結晶構造の対称性（対称軸や対称面の方向や数）というものもありますが、それは規則性とは別です。

よろしければ、もう少し文脈を補足してください。

この回答への補足

回答ありがとうございます。
正直、聞いた話なので文章等は残ってなく、さらに私が高校の化学IB以来化学とはご無沙汰なので、あまり詳しく分からないのですが、昇華させたときの化学変化量(エントロピー)より算出した結果と言ってました。
素人考えでは、化学変化量より結合を断ち切るためのエネルギーが分かり、結果定常状態での結合度が分かり、その結合度より規則性が分かるのではないかと思います。
何だか支離滅裂な補足で申し訳ないのですが、よろしくお願いします。

補足日時：2005/05/29 17:14