金刚石的结构具有什么样的特点

作者:陈泽婉
文章来源:星火网校
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  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。



  

  金刚石的结构特点

  
  金刚石结构分为等轴晶系四面六面体立方体与六方晶系。
  
  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。
  

  金刚石的结构应用

  
  由于金刚石的结构特点,使得其拥有坚硬的硬度,在工业上,金刚石主要用于制造钻探用的探头和磨削工具,形状完整的还用于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。
  

  金刚石和石墨的区别

  
  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同的物理结构特征: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。这直接导致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。

延伸阅读

金刚石和石墨物理性质不同的原因

  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式不同,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,具有不同的物理性质。例如:    1、硬度:金刚石可以用来切割玻璃、做钻头,因为它的硬度很大;石墨可以用来做铅笔芯、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。而金刚石基本没有自由电子,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主要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。
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