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冷知识:砌体和石墨有什么区别?

时间:2023-08-14 09:00:45 点击:327次

金刚石是无色透明的八面体固体; 石墨是一种深红色、有金属光泽、不透明的细鳞片状固体。 石墨很软,在纸上作画后能留下痕迹,有细腻的感觉。

金刚石和石墨在“形状”或“性质”上有很大不同,但它们具有相同的“质量”。 它们是一对“孪生”兄弟,均由碳元素组成,被称为“同素异形体”。

钻石

金刚石因其强度大,可用于切割玻璃、制造铰刀; 石墨还可以用来制造笔芯和润滑剂,因为它柔软而细腻。 根据莫氏强度等级,金刚石是最中间的等级。

金刚石是自然界中天然存在的最强物质。 金刚石和石墨也是由碳原子组成的。 金刚石为何如此坚固取决于其分子结构。

右图是金刚石的结构模型。 每个碳原子通过强烈的相互作用与周围的4个碳原子紧密结合。

“紧密结合”的两个碳原子之间的距离约为0.0,然后形成精细的三维结构。 正是这些精细结构使金刚石成为最强的天然物质。

金刚石结构模型

石墨是层状结构。 就片材而言,每个碳原子都会与周围的三个碳原子通过强烈的相互作用紧密结合。 两个“紧密结合”的碳原子之间的间隔约为0..

石墨

石墨中的层间距离为0。由于距离较大,碳原子之间的相互作用较弱,因此很容易沿平行于层的方向滑动和破裂,因此石墨非常柔软、细腻。

与石墨相比,金刚石具有更精细的结构。 金刚石的密度约为石墨的1.5倍(金刚石的密度约为3.5-3.53g/cm3,石墨的密度约为2.09-2.23g/cm3)。

当碳原子通过强烈的相互作用(物理键)紧密结合时,原子之间的距离越小,相互作用越强。

在一片石墨中,碳原子之间的间隔比金刚石更小,相互作用更强,更难被破坏,因此石墨的熔点更高。

如下表所示,金刚石和石墨的熔点不同,但沸点相同。 为什么? 物质状态的变化必然与粒子间的距离有关。

石墨和金刚石熔化后,碳原子原有排列被打破,原子间距离相等,相互作用硬度也相同,因此沸点相同。

我们都知道石墨具有导电性。 这也与石墨的结构密切相关。

碳原子最内层有4个电子。 在一片石墨中,每个碳原子都会通过“共享电子对”与周围的 3 个碳原子形成强烈的相互作用(物理键)。 只要有3个最里面的电子参与这些“力”的构成,就会剩下1个自由电子。

石墨之所以导电是因为存在许多自由电子。

在金刚石中,每个碳原子与周围的4个碳原子通过“共享电子对”形成强烈的相互作用,而碳原子最里面的4个电子几乎都参与了这些“力”的形成。 自由电子,所以基本上不导电。

结构可以决定性质。 金刚石和石墨都是由碳原子组成的,由于原子排列的不同,许多化学性质有很大差异。