石墨和金（jīn）剛石的區（qū）別

金剛石晶瑩美麗，光彩奪目，是自然界最硬的（de）礦石。在所有物質中，它的硬度最（zuì）大。測定物（wù）質硬度的刻畫法規定，以金剛（gāng）石的硬度為10來度量其它物質的硬度。例如Cr的硬度為9、Fe為4.5、Pb為1.5、鈉為0.4等。在所有單質中，它的熔（róng）點最高，達3823K。



　　金剛石晶（jīng）體屬立方晶係，是典型的原子晶體，每個碳原子都以sp3雜化軌道（dào）與另外四個碳原子（zǐ）形成共價鍵，構成（chéng）正四麵體。這是金剛石（shí）的麵心立方晶胞的結構。



　　由於金（jīn）剛石晶體中C—C鍵很強，所有價電子都參與了共價鍵的形成，晶體（tǐ）中沒有自由電子，所以金剛石不僅硬度大，熔點高，而且不導電。



　　室（shì）溫（wēn）下，金剛石對所有的化學試劑都（dōu）顯惰（duò）性，但（dàn）在空（kōng）氣中加熱到1100K左右時能燃（rán）燒成CO2。



　　金剛石俗稱（chēng）鑽石，除用作裝（zhuāng）飾品外，主要用（yòng）於製造鑽探用（yòng）的鑽頭和磨削工具，是重要的現代工業原料，價格十分昂貴。



　　石墨



　　石（shí）墨烏（wū）黑柔軟，是世界上最軟（ruǎn）的礦石。石墨的密度比金剛石小，熔點（diǎn）比金剛石僅低50K，為3773K。



　　在石墨晶體中，碳原子以sp2雜化軌道和鄰近的三個碳原子形成共價單鍵，構成六角平麵的網狀結構，這些網狀結構又連成片層結構。層中每個碳原子均剩餘一個未參加（jiā）sp2雜化的p軌道，其中有一（yī）個未（wèi）成對的p電子，同一層中這種（zhǒng）碳原子中的m電子形成一個m中心m電子的大∏鍵(鍵)。這些離域電子可（kě）以在整個兒碳原子平麵層中活動，所以石墨具有層向的良好導電導熱（rè）性（xìng）質。



　　石墨的層與層之間是以分子間力結合（hé）起來的，因此石墨容易沿著（zhe）與層平行的方向滑（huá）動、裂開。石墨質軟具有潤滑性。



　　由於（yú）石墨層中有自由的（de）電子存在，石墨的化學性質比金剛石稍顯活潑。



　　由於石墨能導電，有具有化學惰性，耐（nài）高溫，易於成型（xíng）和機械加工，所以石墨被大（dà）量（liàng）用來製作電極、高溫熱電偶、坩堝（guō）、電刷、潤滑（huá）劑和鉛筆芯。



　　碳六十



　　20世紀80年代中期，人們發現（xiàn）了碳（tàn）元素的第三種同素異形體——C60。



　　碳六十（shí）的發現和結構特點



　　1996年10月7日，瑞典皇家科學院決定把1996年諾貝爾化學獎（jiǎng）授予RobertFCurl，Jr(美國)、HaroldWKroto(英國)和RichardESmalley(美國)，以表彰他們發現C60。



　　1995年9月初，在美（měi）國得克（kè）薩斯州Rice大學的Smalley實驗（yàn）室裏，Kroto等為了模擬N型紅巨星附近大氣中的碳原（yuán）子簇的形成過程，進行了石（shí）墨的（de）激光氣化實驗。他們從所得的質譜圖中發現（xiàn）存在一係列由偶數（shù）個碳原子（zǐ）所形成的分（fèn）子，其中有一個比（bǐ）其它峰強度大20~25倍的峰，此（cǐ）峰的質量數對應於（yú）由60個碳原子所形成的分（fèn）子。



　　C60分子是以（yǐ）什麽（me）樣的結構而能穩（wěn）定呢？層狀的石墨和四麵體結構的金（jīn）剛石（shí）是碳的兩種穩定存在（zài）形式，當60個碳（tàn）原（yuán）子以它們中（zhōng）的任何（hé）一種形式排列時，都會存（cún）在許多懸鍵，就會非常活潑（pō），就不會（huì）顯示（shì）出如此穩定的質譜信號。這就說明C60分子具有與石墨和金剛石完全不同（tóng）的結構。由於受到建築學家BuckminsterFuller用五邊形和六邊形構成（chéng）的拱形圓頂建築的啟發，Kroto等（děng）認為C60是由60個碳原子組成的球形32麵體，即由12個五邊（biān）形和20個六（liù）邊形（xíng）組（zǔ）成，隻有這樣C60分子才不存在懸鍵。



　　在C60分子中，每個碳原子以sp2雜化軌道與相鄰的三個碳原子相連，剩餘的未參加雜（zá）化的一（yī）個p軌（guǐ）道在（zài）C60球殼的外圍和內腔形成球麵大∏鍵，從而具有（yǒu）芳香性。為了紀念Fuller，他（tā）們提出用Buckminsterfullerene來命名C60，後來（lái）又將包括C60在（zài）內的所有含（hán）偶數個碳所形成的分子通稱為Fuller，中譯名為富勒烯。