石墨与金刚石的区别

什么是钻石？

被称为钻石的碳的同素异形体由 sp3 杂化的碳原子组成，非常稳定。面心立方晶体结构是指这些碳原子在钻石中的排列方式。在这个化合物中，每一个碳原子都连接到另外四个碳原子，而这些额外的碳原子又连接到另外四个碳原子。网络结构的形成赋予了钻石其硬度和稳定性。钻石呈无色、光泽外观。共价键是连接碳原子的唯一化学键类型。那里的 sp3 极化碳原子通过键连接在一起。钻石以其高度的光分散性而闻名。由于其硬度和光分散性，钻石被用于珠宝制造和工业应用。地球上迄今为止发现的最硬的矿物是钻石。钻石是一种透明、非常坚硬的物质，熔点高，不导电。

什么是石墨？

被称为石墨的碳的同素异形体由 sp2 杂化的碳原子组成。它是有效的电导体。一个键连接三个碳原子和一个碳原子。这些碳原子连接到另外三个原子，形成网络结构。石墨的晶体结构是平面的。石墨呈灰黑色。该材料是不透明的。石墨很软。触摸时，感觉光滑、滑腻。石墨中的碳原子由于是 sp2 杂化原子，具有非杂化的 p 轨道。每个碳原子都有一个非杂化的 p 轨道。因此，可以通过混合几个自由的 p 轨道来创建电子云。与石墨的平面结构平行，电子云被生成。这种电子云导致石墨的导电性。石墨有许多工业用途。石墨粉末常用作干润滑剂。电极由固体材料石墨制成。例如，锂离子电池的阳极由石墨电极制成。石墨是一种典型的耐火材料，因为它可以在高温下保持稳定而不发生化学变化。铅笔中使用石墨。

钻石的应用

• 钻石是世界上最坚硬的材料，有许多功能和应用。它被用于制造钻孔、研磨和其他操作的工具。
• 灯泡中使用的钨丝是用钻石制造的。
• 它是一种用于制造珠宝的金属。
• 大多数外科医生使用钻石作为主要工具，以极高的精度摘除眼部白内障。

石墨的应用

• 它作为润滑剂，有粉末或分散剂两种形式。
• 石墨是铅笔中常用的材料。
• 因为它良好的导电性，所以它是电解槽的碳电极。
• 由于其高熔点，它被用于制造石墨坩埚。
• 它存在于许多核反应堆和调节器中。

钻石和石墨的区别

钻石和石墨是最有趣的矿物之一。虽然物理上它们不同，但它们在化学上仍然是相同的，因为它们都由碳（C）组成。多晶型矿物保留相同的化学成分，但具有不同的晶体形态。

它们的硬度是一个重要的物理区别。莫氏硬度标度从 1（最软）到 10（最硬）来比较矿物的硬度。石墨的硬度范围从 1 到 2，非常低。钻石的硬度为 10，是已知最强的天然物质，而 10 的硬度在所有天然存在的材料中都是独一无二的。石墨晶体结构的物理特性使其可以用作铅笔芯和润滑剂。我们重视并用于工业和珠宝用途的钻石的物理特性也是其晶体结构的体现。

让我们根据它们的一些内在参数来区分这两种元素。

1. 结构：不同的结构区分了钻石和石墨。钻石的四面体晶格结构中的每个碳原子在三维空间中都与其他四个碳原子键合。由于其结构，钻石是已知最硬的天然物质。另一方面，石墨中的碳原子以六边形环的形式堆叠在层中。由于层之间仅由弱的范德华力保持在一起，因此石墨相对柔软且滑腻。
2. 键合：石墨和钻石的键合类型不同。钻石中的每个碳原子都与另外四个碳原子共价键合，形成一个刚性且极其坚固的晶格结构。sp3 杂化是描述这种连接类型的一个术语。石墨具有平坦的层状结构，因为每个碳原子都与其三个邻居键合。sp2 杂化是描述这种连接类型的一个术语。
3. 导电性：石墨层中的离域电子使其成为良好的导体。由于这些电子在层内自由移动，因此电流可以轻松流动。然而，钻石是电绝缘体，因为其紧密结合的晶格结构阻止了电子的移动。
4. 导热性：钻石因其坚固的晶格结构而成为出色的热导体，允许热量传递。相比之下，石墨的导热性相对较低，因为层之间由弱的范德华力连接，这不利于有效传热。
5. 光学特性：由于其高折射率，允许光线弯曲并从其表面反射，因此钻石对可见光是透明的。由于这种特性，钻石是一种流行的用于珠宝的宝石。另一方面，石墨层中的离域电子使其不透明并吸收可见光。
6. 密度：由于其紧密堆积的晶格结构，钻石比石墨密度更大。石墨和钻石的密度分别为 2.26 g/cm3 和 3.51 g/cm。
7. 熔点：由于其极高的熔点 3,823°C，钻石很难熔化。相反，石墨的熔点相对较低，为 3,700°C，易于熔化并用于各种工业应用。

最后，这两种碳化合物，钻石和石墨，具有不同的物理和化学特性。石墨是柔软、不透明、导电且导热性低的，而钻石是坚硬、透明、绝缘且导热性高的。这些特性的差异使得钻石和石墨适用于不同的应用。钻石用于珠宝和切割工具，而石墨用于润滑剂、电池和其他工业用途。

结论

碳有两种略有不同的形式：钻石和石墨。尽管它们的结构不同，但它们的成分相同。钻石是一种硬矿物，而石墨是一种软矿物。石墨存在于地表附近，而钻石则在地球内部被发现。