Conductivité électrique
Le graphite
Chaque atome de carbone utilise trois de ses électrons pour former des liaisons simples covalentes avec ses trois voisins proches, ce qui laisse libre un quatrième électron. Ces électrons « libres » dans chaque atome de carbone se délocalisent sur toute la feuille d’atomes dans une couche. Ils ne sont plus associés directement avec un atome particulier ou une paire d’atomes et peuvent se déplacer dans toute la feuille. Il n'y a, cependant, aucun contact direct entre les électrons délocalisés dans une feuille et ceux dans les feuilles voisines.
Les électrons délocalisés sont libres de se déplacer partout dans les feuillets. Si un morceau de graphite est connecté dans un circuit, les électrons peuvent tomber d'une fin de la feuille et être remplacés de nouveau à l'autre extrémité.
Logiquement, un morceau de graphite devrait seulement conduire l'électricité dans un sens parce que les électrons peuvent seulement se déplacer dans les feuilles et pas d'une feuille à ses voisines. Seulement, en pratique, un morceau réel de graphite n'est pas un cristal parfait, mais une foule de petits cristaux collés à toutes sortes d'angles. Les électrons pourront trouver un parcours par le grand morceau de graphite dans toutes les directions en se déplaçant d'un petit cristal au suivant.
Rappel
La conductivité électrique est l'aptitude d'un matériau ou d'une solution à laisser les charges électriques se déplacer librement, donc à permettre le passage d'un courant électrique.
Dans le diamant, chaque atome de carbone est relié par des liaisons covalentes à quatre atomes suivant un arrangement tétraédrique. La structure du graphite est constituée d'un empilement de plans de graphènes liés par des faibles forces de van der Waals.
Expérience pour vérifier la conductivité du graphite :
Lorsque des corps sont soumis à une différence de potentiel, ils laissent passer une quantité de courant (Le potentiel électrique, exprimé en volts est une des grandeurs définissant l'état électrique d'un point de l'espace.). La conductance est une représentation de cette capacité à laisser passer le courant. Elle est donc l'inverse de la résistance :
G=1/R
Formule électrique issue de la loi d'Ohm :
G=I/U
La conductance s'exprime dans le système international en siemens (symbole : S)
Le diamant
Le diamant, lui, n’utilise que des liaisons covalentes : chaque atome de carbone dans le diamant se lie et partage ses électrons avec quatre autres atomes de carbone. En effet la configuration électronique du carbone est (K)2 (L)4. Il a donc besoin de quatre électrons pour être stable.
Cependant, en créant quatre liaisons le carbone engage tous ses électrons. Or le courant électrique est un déplacement d’ensemble d’électrons et ne peut donc pas circuler dans le diamant.