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冷知識:金剛石和石墨有何不同?

作者:http://www.hryok.com 發布時間:2019-12-30 14:42:42

冷知識:金剛石和石墨有何不同?
提起鑽石,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(de)價格;

提起石墨,你可能會想到黑乎乎、滑膩膩的碳棒。

純(chún)淨的金剛石是(shì)無色通明、正八麵體形狀的固體;石墨是一種深灰色有(yǒu)金屬光(guāng)澤(zé)而不通明(míng)的(de)細鱗片狀固體。石墨很軟,在紙(zhǐ)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(shēng)”兄弟(dì),都由碳元素組成,被稱(chēng)“同素異形體”。


金剛石

金剛石能夠用來切開玻璃、做鑽頭,由於它的硬度很大;石墨能夠用來做鉛筆芯、潤滑劑,這是(shì)由於它很(hěn)軟、有(yǒu)滑膩感。依照莫氏硬度規範,金剛石為最高級(jí)。

金剛石是(shì)自然界中天(tiān)然存在的最堅固的物質。金(jīn)剛石和石墨相同由碳原子構成,金剛石為什麽會(huì)如此的堅固,這取決於它的分子結構。

下圖是金剛石的(de)結構模型。每個碳原子都與(yǔ)周圍的4個碳原子經過(guò)激烈的(de)相互作用緊密結合。

“緊密結合(hé)”的(de)兩個碳原子(zǐ)之間的間隔約為0.155nm,然後構成(chéng)細密的三維結構,正是(shì)這種細密的結構(gòu),使得金剛石成為天然存在的最堅固的物質(zhì)。

金剛石的結構模型

而石墨是層狀的結構,就一個片層而(ér)言(yán),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(de)兩個(gè)碳原(yuán)子之間的間隔約為0.142nm。

石墨

在石墨中(zhōng)層與層之間相距為0.335nm,由於間隔比較大,碳原子的相互作用較弱,因而很容易沿著與層麵平行的方向(xiàng)滑動、裂解,所以石墨很軟、有滑膩感。



金(jīn)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(dù)約為3.5-3.53g/cm³,石墨的(de)密度(dù)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(sǔn)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(shì)為什麽呢(ne)?物質的物態改變與微粒間的間隔是有必定聯係的(de)。

石墨和金剛石熔(róng)化今後,碳原子本來的擺放方(fāng)法被打破,原子間的間隔持(chí)平,相互作用強度也相同,所以(yǐ)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係。

碳原子最外層有(yǒu)4個電子,在石墨的一個片層中,每個碳原子會(huì)與其周圍的3個碳(tàn)原子經過(guò)“共用電子對”構(gòu)成(chéng)激烈的相互作用(化學鍵),每個碳(tàn)原子隻(zhī)要3個最外層電子參加這種“力”的構成(chéng),這樣就(jiù)會剩餘1個自由電子。

由於有許多(duō)自由電子存在,所以石墨(mò)能導電。

而金剛石中每個碳原子與其周圍的4個碳原子(zǐ)經過“共(gòng)用電子對”構成激烈的相互作用(yòng),碳原子最外(wài)層的4個電(diàn)子簡直都參加(jiā)了這種(zhǒng)“力”的構成,基本沒有自由電子(zǐ),所以基(jī)本不導電。

結構能夠決議性質,金剛石和石墨都由(yóu)碳原子構成,但是由於原子擺放方法(fǎ)不同,導致許多物理性質(zhì)有很大差異。



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