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金刚石为什么有那样大的硬度。例如，制造铅笔芯的材料是石墨，成分也是碳，然而石墨却是一种比人的指甲还要软的矿物。金刚石和石墨这两种矿物为什么会如此不同？
这个问题，是在1913年才由英国的物理学家威廉·布拉格和他的儿子做出回答。布拉格父子用X射线观察金刚石，研究金刚石晶体内原子的排列方式。他们发现，在金刚石晶体内部，每一个碳原子都与周围的4个碳原子紧密结合，形成一种致密的三维结构。这是一种在其他矿物中都未曾见到过的特殊结构。而且，这种致密的结构，使得金刚石的密度为每立方厘米约3.5克，大约是石墨密度的1.5倍。正是这种致密的结构，使得金刚石具有最大的硬度。换句话说，金刚石是碳原子被挤压而形成的一种矿物。
石墨与金刚石空间结构？详细！！
石墨与金刚石都由碳原子构成，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。石墨与金刚石有着原子排列方式、色态、硬度、导电性、密度、熔点的区别。
1、原子排列方式不同：
（1）、石墨：石墨是层状的结构，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紧密结合，“紧密结合”的两个碳原子之间的距离约为0.142nm。
在石墨中层与层之间相距为0.335nm，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，所以石墨很软、有滑腻感。
（2）、金刚石：金刚石的结构模型是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，正是这种致密的结构，使得金刚石成为天然存在的最坚硬的物质。
2、色态不同：
（1）、石墨：深灰色、有金属光泽、细鳞片状固体。
（2）、金刚石：无色 透明、正八面体形状的固体。
3、硬度不同：
（1）、石墨：最软的矿物质之一。
（2）、金刚石：天然最硬的物质。
4、导电性：
（1）、石墨：导电良好。碳原子最外层有4个电子，在石墨的一个片层中，每个碳原子会与其周围的3个碳原子通过“共用电子对”形成强烈的相互作用（化学键），每个碳原子只有3个最外层电子参与这种“力”的形成，这样就会剩下1个自由电子。因为有大量自由电子存在，所以石墨能导电。
（2）、金刚石：不导电。金刚石中每个碳原子与其周围的4个碳原子通过“共用电子对”形成强烈的相互作用，碳原子最外层的4个电子几乎都参与了这种“力”的形成，基本没有自由电子，所以基本不导电。
5、密度：
（1）、石墨：密度约为2.09–2.23g/cm?。
（2）、金刚石：金刚石的密度大约是石墨的1.5倍左右，约为3.5-3.53g/cm?。
6、熔点：
（1）、石墨：熔点为3652℃。
（2）、金刚石：熔点为3550℃。
新华网-金刚石和石墨有何不同
1、石墨在晶体中同层碳原子间以sp?杂化形成共价键，每个碳原子与另外三个碳原子相联，六个碳原子在同一平面上形成正六边形的环，伸展形成片层结构。
在同一平面的碳原子还各剩下一个p轨道，它们互相重叠，形成离域的π键电子在晶格中能自由移动可以被激发，石墨有金属光泽，能导电、传热。层与层间距离大，结合力（范德华力）小，各层可以滑动，石墨的密度比金刚石小。
2、金刚石结构分为；等轴晶系四面六面体立方体与六方晶系钻石。
在钻石晶体中，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SP?杂化轨道与另外4个碳原子形成共价键，构成正四面体。
扩展资料
金刚石的光学性质：
1、亮度：金刚石因为具有极高的反射率，其反射临界角较小，全反射的范围宽，光容易发生全反射，反射光量大，从而产生很高的亮度。
2、光泽：金刚石出类拔萃般坚硬的、平整光亮的晶面或解理面对于白光的反射作用特别强烈，而这种非常特征的反光作用就叫作金刚光泽。
3、色散或出火：金刚石多样的晶面象三棱镜一样，能把通过折射、反射和全反射进入晶体内部的白光分解成白光的组成颜色--绿、蓝、靛、紫等色光。
百度百科-石墨
百度百科-金刚石
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