金刚石是目前已知自然界中天然存在的最坚硬的物质,这得益于它的结构。因此,今天我们就一起来学习金刚石的结构特点吧。
在金刚石晶体中,碳原子按四面体成键方式互相连接,组成无限的三维骨架,是典型的原子晶体。每个碳原子都以SP3杂化轨道与另外4个碳原子形成共价键,构成正四面体。由于金刚石中的C-C键很强,所以所有的价电子都参与了共价键的形成,没有自由电子,所以金刚石不仅硬度大,熔点极高,而且不导电。
由于金刚石的结构特点,使得其拥有坚硬的硬度,在工业上,金刚石大多数都用在制造钻探用的探头和磨削工具,形状完整的还用来制造首饰等高档装饰品,其价格十分昂贵,例如我们熟知的钻石。
石墨和金刚石都属于碳单质,二者的化学式都是C,他们的化学性质完全相同,但金刚石和石墨不是同种物质,它们是由相同元素构成的同素异型体。这是因为他们具有不一样的物理结构特征:石墨原子间构成正六边形是平面结构,呈片状;金刚石原子间是立体的正四面体结构。这直接引发了两者物理性质上区别。
以上就是金刚石的结构特点。自18世纪证实了金刚石是由纯碳组成的以后,人们就开始了对人造金刚石的研究,目前人工合成金刚石的方法主要有两种,高温高压法及化学气相沉积法。
结构可以决定性质,金刚石和石墨都由碳原子构成,但是因为原子排列方法不一样,导致很多物理性质有很大差异。下面我们就来学习金刚石和石墨物理性质不同的原因。金刚石和石墨的物理性质石墨和金刚石都属于碳单质,二者的化学式都是C,他们的化学性质完全相同。但金刚石和石墨不是同种物质,它们是由相同元素构成的同素异型体,具有不一样的物理性质。例如:1、硬度:金刚石可拿来切割玻璃、做钻头,因为它的硬度很大;石墨可拿来做铅笔芯、润滑剂,这是因为它很软、有滑腻感。2、熔点:金刚石的熔点是3550℃,石墨的熔点是3652℃~3697℃。石墨熔点高于金刚石。3、导电性:因为有大量自由电子存在,所以石墨能导电。而金刚石基本没自由电子,所以基本不导电。金刚石和石墨的结构金刚石和石墨物理性质不同的根本原因是两者的分子结构不同。石墨原子间构成正六边形是平面结构,呈片状。就一个片层而言,每1个碳原子会与其周围的3个碳原子通过强烈的相互作用结合,由于距离比较大,碳原子的相互作用较弱,因此很容易沿着与层面平行的方向滑动、裂解。金刚石原子间是立体的正四面体结构。每个碳原子都与周围的4个碳原子通过强烈的相互作用紧密结合。“紧密结合”的两个碳原子之间的距离约为0.155nm,从而形成致密的三维结构。以上就是金刚石和石墨物理性质不同的原因。通过对比金刚石和石墨的不同,可以很明显地感受到结构对物化性质的重要影响。