冷知识：金刚石和石墨有何不同？

冷知识：金刚石和石墨有何不同？
提起钻石，你可能会想到光芒耀眼、闪耀耀眼的精巧饰品，以及它昂贵的价格；

提起石墨，你可能会想到黑乎乎、滑腻腻的碳棒。

纯净的金刚石是无色通明、正八面体形状的固体；石墨是一种深灰色有金属光泽而不通明的细鳞片状固体。石墨很软，在纸上画过可留下痕迹，有滑腻感。

金刚石和石墨“形”或“性”有着大相径庭，但它们具有相同的“质”，它们是一对“孪生”兄弟，都由碳元素组成，被称“同素异形体”。


金刚石

金刚石能够用来切开玻璃、做钻头，由于它的硬度很大；石墨能够用来做铅笔芯、润滑剂，这是由于它很软、有滑腻感。依照莫氏硬度规范，金刚石为最高级。

金刚石是自然界中天然存在的最坚固的物质。金刚石和石墨相同由碳原子构成，金刚石为什么会如此的坚固，这取决于它的分子结构。

下图是金刚石的结构模型。每个碳原子都与周围的4个碳原子经过激烈的相互作用紧密结合。

“紧密结合”的两个碳原子之间的间隔约为0.155nm，然后构成细密的三维结构，正是这种细密的结构，使得金刚石成为天然存在的最坚固的物质。

金刚石的结构模型

而石墨是层状的结构，就一个片层而言，每1个碳原子会与其周围的3个碳原子经过激烈的相互作用紧密结合，“紧密结合”的两个碳原子之间的间隔约为0.142nm。

石墨

在石墨中层与层之间相距为0.335nm，由于间隔比较大，碳原子的相互作用较弱，因而很容易沿着与层面平行的方向滑动、裂解，所以石墨很软、有滑腻感。



金刚石和石墨比较，结构更为细密。金刚石的密度大约是石墨的1.5倍左右（金刚石的密度约为3.5-3.53g/cm³，石墨的密度约为2.09–2.23g/cm³）。

碳原子经过激烈的相互作用（化学键）紧密结合时，原子间的间隔越小，相互作用越强。

在石墨的一个片层中，碳原子间的间隔比金刚石小，相互作用更强，更难被损坏，所以石墨的熔点更高。

如下表所示，金刚石和石墨的熔点不同，但沸点却相同，这又是为什么呢？物质的物态改变与微粒间的间隔是有必定联系的。

石墨和金刚石熔化今后，碳原子本来的摆放方法被打破，原子间的间隔持平，相互作用强度也相同，所以沸点相同。



咱们都知道，石墨具有导电性。这与石墨的结构也有密切联系。

碳原子最外层有4个电子，在石墨的一个片层中，每个碳原子会与其周围的3个碳原子经过“共用电子对”构成激烈的相互作用（化学键），每个碳原子只要3个最外层电子参加这种“力”的构成，这样就会剩余1个自由电子。

由于有许多自由电子存在，所以石墨能导电。

而金刚石中每个碳原子与其周围的4个碳原子经过“共用电子对”构成激烈的相互作用，碳原子最外层的4个电子简直都参加了这种“力”的构成，基本没有自由电子，所以基本不导电。

结构能够决议性质，金刚石和石墨都由碳原子构成，但是由于原子摆放方法不同，导致许多物理性质有很大差异。

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