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申博太阳维护 - 都是由碳元素构成,为啥钻石硬而透明不导电,石墨软而漆黑还绝缘


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时间: 2020-01-11 17:22:59

申博太阳维护 - 都是由碳元素构成,为啥钻石硬而透明不导电,石墨软而漆黑还绝缘

申博太阳维护,碳是自然界中最常见的元素之一,也是地球上含量最丰富的元素之一,有很多常见物质都主要由碳元素组成。比如动植物和菌类等生命物种本身和这些生物遗体形成的煤、石油、天然气等,再如石头的主要成分是碳酸钙,其中也有大量的碳元素。不过这里我们重点讲一下金刚石和石墨,这两种东西都由纯粹的碳元素组成,不像其他物质还有大量其他元素,然而这两种东西各自呈现出来的性子却完全不同。

金刚石可以做成钻石,也可以说钻石就是金刚石,其硬度非常高,是自然界中已知硬度最高的物质,其摩氏硬度是硬度为10,也是唯一一种摩氏硬度为10的自然界物质。但是石墨就不同了,它是自然界中最软的物质之一,而且是又滑又软,因此常被用作润滑剂。

硬度不同之外,这两种东西的色泽度也很不相同,石墨的颜色非常黑,是漆黑而不透明的,但是钻石却是透明的,透光性很好。

另外还有一个很大的不同就是金刚石并不导电,是良好的绝缘体;但是石墨的导电性能非常好,是优良的导体,甚至可以将石墨粉做成炸弹,这种石墨炸弹如果在敌方的发电厂、变电厂和供电系统上空中被引爆,飘洒下来的石墨碳纤维就可以将敌方的供电设施瘫痪掉,那么敌方的工厂就无法运转,城市也会陷入瘫痪状态。

既然金刚石与石墨都是由碳元素组成的单质,它们的物理性质为什么还会有这么大的差异呢?这是由于其碳原子排列方式不同造成的。

金刚石和石墨都是碳元素的同素异形体。石墨中每个碳原子的周边连结着另外三个碳原子,排列方式呈六边形,以共价键结合,构成共价分子,这样石墨中每个碳原子与其他碳原子只形成3个共价键,每个碳原子仍然保留1个自由电子来传输电荷,所以石墨可以导电。而且石墨中碳原子的结构为六角形,相互之间呈片状重叠,这种层状结构导致石墨受压后很容易滑动,硬度也不高,所以石墨摸上去非常滑润,是良好的固态润滑剂。又因为扁平的石墨片材可吸收不同波长的光,因此表现为不透明的黑色。

但是金刚石晶体为正四面体结构,其中碳原子的4个孤对电子可以全部形成共价键,因此就没有自由电子,这样金刚石就不能导电。而且金刚石中碳原子以四价键链接,由于钻石中的c-c键很强,所有的价电子都参与了共价键的形成,形成金字塔状的晶体结构,所以金刚石硬度非常大。且金刚石的这种结构也使得它可吸收的光波段很少,照射到金刚石上的光线大部分被反射出去,因此它虽然硬度很高,看上去却是透明的。

不过石墨和金刚石的分子和原子结构很难解体,因此它们都很耐高温,金刚石的熔点是3550℃,而石墨常温下压根就没有熔点,它会在3652℃~3697℃直接升华,因此石墨常被作为耐温材料应用于各种高温隔温设施。