Vraag 23

In 2010 werd een Nobelprijs uitgereikt voor de ontdekking van grafeen. Dit materiaal bestaat slechts uit één laag koolstofatomen. Het is ongeveer tweehonderd keer sterker dan staal en geleidt stroom supergoed. In een laboratorium in China is een proces ontwikkeld om grafeen$(\mathrm{C})$te maken uit calciumcarbonaat en magnesium. Deze beginstoffen worden in een oven verhit tot$850^{\circ} \mathrm{C}. Daarbij vindt de volgende reactie plaats:

$\mathrm{CaCO}_{3}+2 \mathrm{Mg} \rightarrow \mathrm{CaO}+2 \mathrm{MgO}+\mathrm{C}(reactie 1)

Om het grafeen te verkrijgen worden de bijproducten die ontstaan bij reactie 1 verwijderd door een oplossing van een zuur toe te voegen. De reactie van de bijproducten met het zuur kan als volgt worden weergegeven:

$\mathrm{CaO}+\mathrm{MgO}+4 \mathrm{H}^{+} \rightarrow \mathrm{Ca}^{2+}+\mathrm{Mg}^{2+}+2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(reactie 2) Er ontstaat een vloeibaar mengsel. In dit mengsel is grafeen als vaste stof aanwezig. Bij een andere reactie wordt koolstofdioxide gevormd, die wordt afgevoerd. Het grafeen wordt ten slotte uit het vloeibare mengsel verkregen door de overige stoffen te verwijderen met behulp van een scheidingsmethode.

Het beschreven proces is hieronder schematisch en vereenvoudigd met een blokschema weergegeven.