总结碳的三种同素异性体的结构特征和成键规律说明金刚石和石墨的

[班主任工作，让愉悦和成效同在]十多年前，当我还是学生的时候，看到校园里“学高为师，身正为范”的标语，我便做了我职业生涯的第一个梦。梦里对我的职业生活有了模糊有清晰的设定。十年前，我初上班主任的舞台，怀着...+阅读

碳有三种同素异形体，即金刚石、石墨和无定形碳。无定形碳有炭黑、木炭、焦炭、骨炭、活性炭等。统称黑碳。这三种同素异形体的物理性质差别很大。但在氧气里燃烧后的产物都是二氧化碳。 1.金刚石的晶体结构金刚石是典型的原子晶体，在这种晶体中的基本结构粒子是碳原子。每个碳原子都以sp3杂化轨道与四个碳原子形成共价单键，键长为1.55*10-10 m，键角为109°28′，构成正四面体。

每个碳原子位于正四面体的中心，周围四个碳原子位于四个顶点上，在空间构成连续的、坚固的骨架结构。因此，可以把整个晶体看成一个巨大的分子。由于C—C键的键能大（为347 kJ/mol），价电子都参与了共价键的形成，使得晶体中没有自由电子，所以金刚石是自然界中最坚硬的固体，熔点高达3 550 ℃，并且不导电。 2.石墨的晶体结构石墨晶体是属于混合键型的晶体。

石墨中的碳原子用sp2杂化轨道与相邻的三个碳原子以σ键结合，形成正六角形蜂巢状的平面层状结构，而每个碳原子还有一个2p轨道，其中有一个2p电子。这些p轨道又都互相平行，并垂直于碳原子sp2杂化轨道构成的平面，形成了大π键。因而这些π电子可以在整个碳原子平面上活动，类似金属键的性质。而平面结构的层与层之间则依靠分子间作用力（范德华力）结合起来，形成石墨晶体.石墨有金属光泽，在层平面方向有很好的导电性质。

由于层间的分子间作用力弱，因此石墨晶体的层与层之间容易滑动，工业上用石墨作固体润滑剂。 3.无定形碳所谓无定形碳是指其内部结构而言。实际上它们的内部结构并不是真正的无定形体，而是具有和石墨一样结构的晶体，只是由碳原子六角形环状平面形成的层状结构零乱而不规则，晶体形成有缺陷，而且晶粒微小，含有少量杂质。

无定形碳包括：炭黑木炭焦炭活性炭骨炭糖炭无定形碳跟少量砂子、氧化铁催化剂混合，在约3500℃中加热，使产生的碳蒸气凝聚，可得人造石墨。金刚石是由碳原子以共价键连接形成的正“四面体空间网状结构”的“原子晶体”，石墨是一种“层状结构”的“过渡型晶体”：层内碳原子以共价键结合形成正六边形网状结构，层与层之间距离较大，相当于分子间力的作用；金刚石是硬度最大的物质、不能导电，而石墨的硬度较小、层之间可以相对滑动、导电性好，化学性质较金刚石活泼。

足球烯是一个较为前沿的物质，它是由若干个碳原子相互结合成为类似足球状的分子，所以它属于分子晶体。而一般来说分子晶体较原子晶体和过渡性晶体的熔沸点更低。