金刚石与石墨：差异与比较

抽象地说，纯碳有三种同素异形体：金刚石、石墨和富勒烯。 因此，石墨和金刚石是碳的两种最重要的结晶形式。

此外，这两种化合物的化学性质相同，外观均为烟灰或炭黑。 

关键精华

1. 钻石是地球上已知最硬的物质，莫氏硬度为 10。
2. 石墨是良好的电导体，广泛用于电池、润滑油和电极。
3. 金刚石的分子结构是四面体，而石墨的分子结构是层状和平面的。

金刚石与石墨

金刚石和石墨之间的区别在于金刚石具有晶格，其中碳原子在晶体内以三维对称排列。 同时，石墨具有层状结构，其中六个碳原子的环排列成间隔的水平片。 另外，金刚石是一种坚硬的物质，而石墨是软的。

钻石是自然界中碳元素的固体结晶形式。 四个碳原子共价键合在金刚石结构中，使其非常大。

由于共价键合，需要大量能量才能将原子彼此分开。 因此，金刚石被公认为自然界中最坚硬的材料之一。 

同时，石墨是纯碳的层状结构同素异形体。 它主要以灰色结晶矿物的形式存在，存在于某些岩石中。

每个碳之间形成一个西格玛键 原子 在石墨中。 由于石墨以这种方式结合，因此它柔软且容易折断。 

对比表

比较参数	钻石	石墨
定义	在自然界中，钻石是一种固体、无色、透明的碳晶体。	石墨是纯碳的同素异形体，主要存在于岩石之间。 它被认为是自然界中的矿物质。
结构	金刚石的结构是晶格。 它是一种三维晶体，其中碳原子对称排列。	石墨的结构是层状的，其中碳原子通过σ键相互结合。
杂交	钻石中总共有四个碳原子是 sp3 杂化的，并且都通过 sigma 键结合在一起。	在这里，在石墨中，每个原子通过 sp2 杂化键合，σ 键通过将原子结合在一起发挥主要作用。 而未配对的原子形成π键。
几何结构	由于四个键合碳电子，金刚石具有四面体结构。	由于三个键合的碳电子，石墨具有平面几何结构。
使用	用作珠宝制作和钻孔的材料。	用作干电池、电弧、润滑剂和铅笔芯。

什么是钻石？

金刚石是天然存在的最硬元素，是碳元素的同素异形体。 四个碳原子通过σ键与一个原子共价键合，使其成为一种非常复杂的物质。

在钻石中，由于共价键的存在，原子彼此分离非常困难。 因此，钻石是最坚硬的天然材料之一这一事实本能地增加了它们的声誉。

有史以来最早发现的钻石是公元四世纪在印度发现的。 不久之后，这些宝石中的大部分被出口到各个国家，从而在印度和其他国家之间建立了良好的联系。

同时，四个碳之间的键为sp3杂化。 由于钻石有四个电子键合到一个原子上，因此它们具有四面体结构。

钻石是由对称排列的碳原子在三维结构中组成的晶格。 

此外，钻石具有令人印象深刻的 合并 物理、化学和机械特性，包括硬度、低摩擦系数、导热性、电阻、低热膨胀系数和强度，该材料还应具有耐化学性、生物相容性以及反射紫外线和红外线。

由于其耐用性和光泽，钻石被广泛用于珠宝首饰。 除此之外，由于它们的硬度，它们还用于切割、研磨或钻孔其他材料。 

什么是石墨？

同时，石墨是纯碳的层状结构同素异形体。 它主要作为灰色结晶矿物存在于某些岩石中。 σ键在石墨中将三个碳原子相互结合。

因为石墨以这种方式结合，所以它很软，很容易折断。

简单来说，由于 面包车 der Waals 力，共价键很容易断裂，最终使石墨成为一种软材料。 

石墨由四个 sp2 杂化的碳原子组成，每个碳原子通过 σ 键与其他三个碳原子键合。 同时，奇数原子形成 π键.

石墨的历史可以追溯到十六世纪初英格兰北部的坎布里亚郡。 然而，最初，它被误认为是煤，然而，当它被加热时，它并没有燃烧，最终导致了石墨的发现。

除此之外，石墨的平面几何结构是由三个键合的碳电子产生的。

石墨的特性包括熔点高、手感柔软、滑腻、油腻、不溶于水和其他有机物，呈不透明、有光泽的黑色物质。 

此外，石墨用于铅笔和润滑油，由于其高导电性，还用于电极、电池​​和太阳能电池板等电子产品。

金刚石和石墨的主要区别

1. 金刚石是天然存在的最硬的元素，而另一方面，石墨也是一种天然存在的矿物，但只有通过制造才能成为经济的石墨。 
2. 金刚石是最硬的物质，而石墨是柔软且摸起来油腻的物质。 
3. 金刚石中碳原子的杂化为sp3，而石墨中碳原子的杂化为sp2。 
4. 钻石是一种透明无色的物质，而石墨是不透明的黑色。 
5. 金刚石的相对密度和折射率高于石墨的相对密度和折射率。  
6. 金刚石是热和电的良好绝缘体，而石墨具有良好的热和电传导性。 
7. 金刚石在一个碳原子周围有四个共价键，而在石墨的情况下，它在一个碳原子周围有三个共价键。 

参考资料

1. https://www.nature.com/articles/176051a0
2. https://inis.iaea.org/search/search.aspx?orig_q=RN:13661340

最后更新时间：11 年 2023 月 XNUMX 日