金刚石石墨碳60

金刚石、石墨和C60一、碳的单质金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质，但三种单质中碳原子的排列方式不同，导致他们的物理性质和用途上存在比较大的差异。

即：结构决定性质，性质决定用途。

1．金刚石纯净的金刚石是无色透明、正八面体形状的固体。

金刚石是天然存在的最硬的物质。

右图是金刚石的微观结构图，每一个小球代表一个碳原子，每个碳原子位于一个正四面体的中心，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。

这样的结构决定了金刚石的性质的稳定性。

世界上最著名的金刚石产地在南部非洲。

这个地区的金刚石常常存在死火山的喷井中。

人们认为它们是在极高的温度和压强下慢慢地形成的。

开采出来的金刚石并没有宝石的外形和光彩，通过切割和磨光等工艺才给它们以光耀的外形。

习惯上人们常将加工过的称为钻石，而未加工过的称为金刚石。

金刚石是最好的热导体。

完整的金刚石单晶的导热性是银和铜的导热性的5倍（银和铜是最好的金属导体）。

它的不导电性结合着它的优良的导热性使金刚石在半导体装置方面很有用。

金刚石在普通溶剂中是不溶解的。

人造金刚石与天然金刚石在化学上是完全等同的，但它们是在实验室中生产出来的。

它们是在对石墨以及作为溶剂和催化剂的金属施以极高的压强（5500大气压）和高温（2000℃）约一天的时间后制得的。

金刚石的硬度很大。

它是碳的最密集的形式，密度大约是水的3.5倍。

它的硬度（抗磨性）和密度都可以用它的结构来解释。

由于它极高的硬度，金刚石被用于切割、钻孔和研磨。

金刚石常被用来作为经久耐用的唱机针头。

2．石墨石墨是深灰色的有金属光泽而不透明的细鳞片状固体。

质地很软，有滑腻感，在隔绝空气的条件下，其熔点在3000℃以上，是最耐高温的矿物之一。

右图是石墨的微观结构示意图。

石墨晶体是层状结构。

在每一层内，每个碳原子都和相邻的三个碳原子相连，六个碳原子排成正六边形，一个个六边形排列成平面的网状结构。

层与层之间作用力较微弱，因此石墨的润滑性很好。

金刚石化学成分：C。

常含有Cr、Mn、Ti、Mg、Al、Ca、Si、N、B等。

颜色：常见的为浅黄色、浅黄褐色、浅黄绿色、褐色，无色(浅黄白、白、优白)占有一定数量，玫瑰色、粉红色、浅蓝色、绿色、黑色、茶色十分稀少。

透明度：无色及浅色金刚石均成透明状，在无色中的白、优白金刚石测定透过率达95%以上，深色金刚石及具毛玻璃蚀象的透明度减弱呈现半透明状，当金刚石中包体含量增加亦影响透明度。

硬度：摩氏硬度10，新摩氏硬度15，显微硬度10000kg/mm2，显微硬度比石英高1000倍，比刚玉高150倍。

金刚石硬度具有方向性，八面体晶面硬度大于菱形十二面体晶面硬度，菱形十二面体晶面硬度大于六面体晶面硬度。

密度：金刚石密度与金刚石晶体中的包含物密切相关，无色透明质纯的金刚石密度为3.52g/cm3，当具有包含物时密度为3.44~3.53g/cm3。

导电性：绝大多数金刚石是电介质，电阻率：5×104Ω.cm，Ⅰ型及Ⅱ型(Ⅱa)金刚石为绝缘体，比电阻>1016Ω.cm，I型(H b)金刚石为P型半导体，比电阻10~103Ω.cm，温度上升到600℃或下降到-150℃时，电阻提高。

刚度、强度：金刚石具有极大的弹性模量，是自然界最高的磨削材料，弹性模量达90000kg/mm。

摩擦系数小，有极高的抗磨能力，因此在金刚石选矿中利用这一特性，采用球磨机、锥形磨矿机来分离金刚石。

但金刚石极脆，不能承受正向的外力撞击。

熔点：金刚石熔点达4000℃，在空气中燃烧温度为850~1000℃，在纯氧中720~800℃燃烧，金刚石发出浅蓝色火焰，并转化成二氧化碳。

化学稳定性：化学性质非常稳定，在酸、碱中均不分解，在熔融的硝酸钠、硝酸钾、碳酸钠中溶解用途：金刚石现在的主要用处却不再是用来做宝石，由于它是人们已发现的一种最坚硬的物质，已被用来作为制作切割、钻孔、研磨等工具的非常重要的工业材料。

碳单质有定型碳和无定型碳两类。

金刚石、石墨是重要的定型碳.1.利用金刚石硬度大、耐高温可做钻探机的钻头；利用硬度大，可做玻璃刀；由于金刚石对光有优异的折射作用，可做装饰品。

课题1 金刚石、石墨和C60知识导航课前引入“钻石恒久远，一颗永流传”。

钻石对得起它昂贵的价格吗？知识精讲金刚石、石墨和C60等都是由碳元素组成的不同单质。

由于碳原子的排列方式不同，即结构不同，导致它们的性质尤其是物理性质有很大差异。

一、金刚石1．外观：无色透明、正八面体状晶体（网状结构）2. 光泽：加工后璀璨夺目3. 硬度：天然存在的最硬的物质4. 导电性：不导电5. 导热性：良好6. 用途：装饰品——钻石；切割玻璃、大理石、做钻探机的钻头等。

二、石墨1．外观：深灰色、细鳞片状固体（层状结构）2. 光泽：有金属光泽3. 硬度：质地软，有滑腻感4. 导电性：良好5. 导热性：良好6. 用途：电极、铅笔芯、润滑剂等三、C601. 每个C60分子是由60个碳原子构成的。

2. C60分子形似足球，这种足球结构的C60分子（又叫足球烯）很稳定。

3. C60的独特结构决定了它具有一些特殊的物理和化学性质，有可能广泛应用于超导、催化、材料、医学及生物等领域。

总结归纳加工后璀璨夺目有金属光泽四、其他碳单质1. 木炭、焦炭、活性炭、炭黑等均是无定形碳，主要是由石墨的微小晶体和少量杂质构成的。

2. 活性炭、木炭具有疏松多孔的结构，可以吸附异味、色素等，具有吸附作用。

3. 焦炭常用于冶炼金属，炭黑用于制造黑色染料、油墨等。

4. 一些新形态的碳单质相继被发现，如碳纳米管、石墨烯等。

注意（1）只含一种元素的物质不一定是单质，也可能是几种单质组成的混合物。

（2）“碳”是元素名称，在书写含碳元素的物质的名称时使用，如二氧化碳；而“炭”表示物质，如“活性炭”。

对点训练题型一：同种元素组成的单质【例1】由同种元素组成的不同单质，可以互为“同素异形体”。

下列属于同素异形体的一组物质是A．氢气与液氢B．水银与银C．干冰与冰D．氧气与臭氧【答案】D【分析】由同种元素组成的不同单质，可以互为“同素异形体”，这里包含两个条件：一是不同的单质；二是由同一种元素组成，即组成元素相同。

《金刚石、石墨和 C60》讲义一、引言碳是一种非常神奇的元素，它在自然界中以多种形式存在，其中最常见且具有代表性的就是金刚石、石墨和 C60。

这三种物质虽然都是由碳元素组成，但它们的性质和用途却大不相同。

接下来，让我们一起深入了解它们。

二、金刚石1、结构特点金刚石的结构可以用“坚固”来形容。

它是由碳原子以正四面体的形式紧密排列而成，每个碳原子都与另外四个碳原子形成共价键，这种结构使得金刚石具有极高的硬度和稳定性。

2、物理性质金刚石是自然界中最硬的物质，这使得它在工业上有广泛的应用。

它的折射率高，能够折射出璀璨的光芒，因此常被用于珠宝首饰。

此外，金刚石的热导率极高，是良好的热导体。

3、用途（1）工业领域由于其硬度，金刚石常被制成各种切割和磨削工具，如钻头、砂轮等。

在地质勘探和石材加工等行业中发挥着重要作用。

（2）珠宝领域经过精心打磨和切割的金刚石，成为了人们喜爱的珍贵珠宝，象征着永恒和爱情。

三、石墨1、结构特点与金刚石不同，石墨中的碳原子呈层状排列，每一层中的碳原子以六边形的形式连接，层与层之间的结合力较弱，这使得石墨具有良好的导电性和润滑性。

2、物理性质石墨质地柔软，颜色呈灰黑色。

它具有良好的导电性和导热性，同时还具有耐高温的特性。

3、用途（1）铅笔芯石墨质地柔软，容易留下痕迹，因此被用于制作铅笔芯。

（2）电极材料由于其良好的导电性，石墨常被用作电池和电解池的电极材料。

（3）润滑剂层与层之间的弱结合力使得石墨能够在物体表面形成一层润滑膜，减少摩擦，常用于机械润滑。

四、C601、结构特点C60 是一种由 60 个碳原子组成的足球状分子，也被称为“富勒烯”。

这种独特的结构使得 C60 具有一些特殊的性质。

2、物理性质C60 具有一定的导电性和光学性质，在一定条件下可以表现出超导性。

3、用途（1）材料科学在材料领域，C60 被用于研发新型的超导材料、半导体材料等。

（2）生物医药由于其独特的结构和性质，C60 在生物医药领域也有潜在的应用，如药物载体等。

金刚石石墨和c60碳原子排列方式金刚石、石墨和C60碳原子是具有不同排列方式和结构的碳材料。

下面将分别对这三种碳材料进行介绍。

一、金刚石金刚石是一种由碳原子构成的同质多晶体，也是最硬的自然物质之一。

金刚石的碳原子是通过共价键相连而形成的。

具体而言，每个碳原子与四个周围的碳原子形成四个共价键，形成了一个具有六个面的立方体结构。

这种排列方式使金刚石具有非常高的硬度和稳定性，可以在极高温和压力下存在。

金刚石的晶格结构为面心立方（FCC），意味着每个碳原子周围都有四个相邻的碳原子。

金刚石晶格的稳定性来自于碳原子之间强大的共价键，这种共价键非常紧密，使得金刚石具有极高的硬度和优异的导热性。

二、石墨石墨是一种由碳原子构成的异质大分子结构，是一种非金属的固体材料。

石墨的碳原子按照层状结构排列，形成了六边形网格。

具体而言，每个碳原子仅与三个周围的碳原子形成共价键，呈现出六个边的结构。

石墨的晶格结构为平面六角形（hexagonal），碳原子之间的结合方式是弱的范德华力。

这种弱的结合方式使得石墨在平面方向上具有很高的层间滑动性，因此石墨具有良好的润滑性和导电性。

三、C60碳原子C60碳原子是一种被称为富勒烯的碳化合物，具有球状的分子结构。

C60分子由60个碳原子组成，形成了一个由20个六边形和12个五边形构成的球体，类似于足球的结构。

每个碳原子与三个相邻的碳原子形成共价键，球体中的每个碳原子都与其他五个碳原子相邻。

C60碳原子具有特殊的电子结构和化学性质，是一种非常稳定的分子。

它不仅具有良好的光学和电学性能，还具有很高的抗氧化性和生物相容性，因此在许多领域具有广泛的应用潜力。

总结：金刚石是一种具有立方晶格结构的碳材料，具有极高的硬度和稳定性；石墨是一种具有平面六角形晶格结构的碳材料，具有良好的润滑性和导电性；C60碳原子是一种具有球状结构的碳化合物，具有特殊的电子结构和化学性质。

三者在结构和性质上有着明显的差异，但都展现出了碳原子的独特魅力和广泛应用的潜力。