Alotropau carbon

Mae diemwnt, graffit a fullerenau (sylweddau sy’n cynnwys nanotiwbiau a ‘buckyballs’, fel buckminsterfulleren) yn dri alotrop carbon pur.

Ym mhob un o’r tri alotrop, mae’r atomau carbon wedi’u cysylltu â bondiau cofalent cryf, ond mewn trefniadau sydd mor wahanol nes bod priodweddau’r alotropau’n wahanol iawn.

Diemwnt

Mae diemwnt yn un moleciwl enfawr o atomau carbon. Mae diemyntau’n ddi-liw ac yn dryloyw. Maen nhw’n pefrio ac yn adlewyrchu golau, a dyna pam rydyn ni’n eu galw nhw’n loyw. Mae’r priodweddau hyn yn eu gwneud nhw’n ddeniadol mewn eitemau gemwaith.

Model moleciwlaidd 3D o ddiemwnt yn dangos rhwydwaith cryf o fondiau.

Mae diemwnt yn eithriadol o galed ac mae ganddo ymdoddbwynt uchel. Am y rheswm hwn, mae’n ddefnyddiol iawn mewn offer torri. Rydyn ni’n rhoi blaen diemwnt ar ymylon torri disgiau i dorri brics a choncrit. Mae ebillion driliau gwaith trwm – fel y rhai sy’n cael eu defnyddio yn y diwydiant chwilio am olew i ddrilio drwy greigiau – yn cael eu gwneud â diemyntau fel eu bod nhw’n gallu aros yn finiog am amser hirach.

Mae diemwnt yn anhydawdd mewn dŵr. Dydy diemwnt ddim yn dargludo trydan. Mae pob atom mewn diemwnt yn bondio â’r atomau cyfagos â phedwar bond cofalent cryf, sy’n golygu nad oes dim electronau rhydd a dim ïonau. Mae hyn yn esbonio pam dydy diemwnt ddim yn dargludo trydan.

Mae’r bondio hefyd yn esbonio caledwch diemwnt a’i ymdoddbwynt uchel. Byddai angen llawer o egni i wahanu atomau sy’n bondio mor gryf â’i gilydd.

Graffit

Mae graffit yn cynnwys haenau o atomau carbon.

Model moleciwlaidd 3D o graffit.

Mae graffit yn ddu, yn sgleiniog ac yn ddi-draidd. Nid yw’n dryloyw. Mae hefyd yn ddefnydd llithrig iawn. Rydyn ni’n ei ddefnyddio mewn led pensil oherwydd bod haenau’n llithro ar y papur yn rhwydd, gan adael marc du. Mae’n gydran mewn llawer o ireidiau, er enghraifft olew cadwynau beic.

Mae graffit yn anhydawdd mewn dŵr. Mae ganddo ymdoddbwynt uchel ac mae’n ddargludydd trydan da, sy’n ei wneud yn ddefnydd addas i wneud yr electrodau sydd eu hangen ar gyfer electrolysis.

Mae pob atom carbon yn bondio yn ei haen â thri bond cofalent cryf. Mae hyn yn golygu bod gan bob atom electron sbâr, sydd gyda’i gilydd yn ffurfio ‘môr’ o electronau dadleoledig sy’n bondio’r haenau’n wan â’i gilydd. Mae’r electronau dadleoledig hyn i gyd yn gallu symud gyda’i gilydd – sy’n golygu bod graffit yn ddargludydd trydanol da.

Fodd bynnag, dydy ymdoddi graffit ddim yn hawdd. Mae angen llawer o egni i dorri’r bondiau cofalent cryf a gwahanu’r atomau carbon.

Nanotiwbiau

Math o fulleren yw nanotiwbiau, sef tiwbiau carbon ar raddfa foleciwlaidd sydd wedi’u trefnu’n debyg i’r haenau mewn graffit.

Model moleciwlaidd 3D o nanotiwb carbon.

Mae gan nanotiwbiau carbon ymdoddbwynt uchel iawn, oherwydd mae pob atom carbon wedi’i gysylltu â thri atom carbon arall â bondiau cofalent cryf. Mae hyn hefyd yn golygu bod gan bob atom carbon electron sbâr, sy’n ffurfio môr o electronau dadleoledig o fewn y tiwb, ac felly mae nanotiwbiau’n gallu dargludo trydan.