冷知識：金剛石和石墨有何不同？

冷知識：金剛石和石墨有何不同？
提起鉆石，你可能會想到光芒耀眼、閃耀耀眼的精巧飾品，以及它昂貴的價格；

提起石墨，你可能會想到黑乎乎、滑膩膩的碳棒。

純凈的金剛石是無色通明、正八面體形狀的固體；石墨是一種深灰色有金屬光澤而不通明的細鱗片狀固體。石墨很軟，在紙上畫過可留下痕跡，有滑膩感。

金剛石和石墨“形”或“性”有著大相徑庭，但它們具有相同的“質”，它們是一對“孿生”兄弟，都由碳元素組成，被稱“同素異形體”。


金剛石

金剛石能夠用來切開玻璃、做鉆頭，由于它的硬度很大；石墨能夠用來做鉛筆芯、潤滑劑，這是由于它很軟、有滑膩感。依照莫氏硬度規范，金剛石為最高級。

金剛石是自然界中天然存在的最堅固的物質。金剛石和石墨相同由碳原子構成，金剛石為什么會如此的堅固，這取決于它的分子結構。

下圖是金剛石的結構模型。每個碳原子都與周圍的4個碳原子經過激烈的相互作用緊密結合。

“緊密結合”的兩個碳原子之間的間隔約為0.155nm，然后構成細密的三維結構，正是這種細密的結構，使得金剛石成為天然存在的最堅固的物質。

金剛石的結構模型

而石墨是層狀的結構，就一個片層而言，每1個碳原子會與其周圍的3個碳原子經過激烈的相互作用緊密結合，“緊密結合”的兩個碳原子之間的間隔約為0.142nm。

石墨

在石墨中層與層之間相距為0.335nm，由于間隔比較大，碳原子的相互作用較弱，因而很容易沿著與層面平行的方向滑動、裂解，所以石墨很軟、有滑膩感。



金剛石和石墨比較，結構更為細密。金剛石的密度大約是石墨的1.5倍左右（金剛石的密度約為3.5-3.53g/cm3，石墨的密度約為2.09–2.23g/cm3）。

碳原子經過激烈的相互作用（化學鍵）緊密結合時，原子間的間隔越小，相互作用越強。

在石墨的一個片層中，碳原子間的間隔比金剛石小，相互作用更強，更難被損壞，所以石墨的熔點更高。

如下表所示，金剛石和石墨的熔點不同，但沸點卻相同，這又是為什么呢？物質的物態改變與微粒間的間隔是有必定聯系的。

石墨和金剛石熔化今后，碳原子本來的擺放方法被打破，原子間的間隔持平，相互作用強度也相同，所以沸點相同。



咱們都知道，石墨具有導電性。這與石墨的結構也有密切聯系。

碳原子最外層有4個電子，在石墨的一個片層中，每個碳原子會與其周圍的3個碳原子經過“共用電子對”構成激烈的相互作用（化學鍵），每個碳原子只要3個最外層電子參加這種“力”的構成，這樣就會剩余1個自由電子。

由于有許多自由電子存在，所以石墨能導電。

而金剛石中每個碳原子與其周圍的4個碳原子經過“共用電子對”構成激烈的相互作用，碳原子最外層的4個電子簡直都參加了這種“力”的構成，基本沒有自由電子，所以基本不導電。

結構能夠決議性質，金剛石和石墨都由碳原子構成，但是由于原子擺放方法不同，導致許多物理性質有很大差異。

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