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金刚石和石墨都是碳元素 为什么一个硬一个软

文章主题:自然地理  文章来源:文化杂谈  发布时间:2020-03-08 18:28:57

自然界中最硬的矿物是金刚石。金刚石和石墨都是由碳元素组成,为什么会前者硬度是10,后者硬度是2呢?

这是由于它们晶体结构中原子与原子之间的距离和连接方式不同:

金刚石每一个碳原子均被其他4个碳原子围绕,形成四面体配位,任何两个碳原子之间的距离都是1.54a,并且以吸引力最强的共价键方式连接。

金刚石和石墨

而石墨的碳原子则是层状排列,每一层中的碳原子按六方环状排列,距离为1.42a,主要连接方式为共价键,而层与层之间碳原子距离却达3.42a,并以吸引力最弱的分子键方式连接,因此石墨硬度很小。

需要说明的是:虽然金刚石非常硬,但是它却没有石墨稳定,而石墨的能量低,比较稳定。这是因为:

1.从整体构架看,石墨的是平面六边形而金刚石是立体网状,只能说金刚石的物理性稳定,也就是说,拿金刚石比石墨要硬,但是具体到每一个晶块的话,石墨的六边形要稳定。

2.从能量的角度看,研究表明同素异形体中,能量越低越稳定。石墨变金刚石需要吸热,能量越高的物质越不稳定,金刚石较石墨能量高,所以不稳定,石墨的熔点也高于金刚石。

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