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课题 1·金刚石、石墨和C·知识要点60【要点1】碳的单质1．金刚石和石墨我们可以通过列表对比，更明确地看出金刚石和石墨的物理性质和用途的差异．(表6－1)思考：金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质，为什么物理性质会有很大的差异呢？一种元素可以组成多种单质，金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质，但是组成单质时原子的排列不同(见课本图6－1、图6－2)，所以物理性质会有很大的差异．2．C60分子C60也是由碳元素组成的单质．C60分子是一种由60个碳原子构成的分子，它形似足球(见课本图6－4)，有人因此称它为“足球烯”．说明：C是美国休斯顿大学的克罗脱(Kroto, H. W.)和史沫莱60(Smalley, R. E.)等人在1985年发现的．我国北京大学化学系和物理系分子．研究小组也研制出了C601991年科学家又发现一种碳的单质——碳纳米管，它是由六边环形的碳原子构成的管状大分子(如图6－1)，它的直径只有几个纳米．讨论：同种元素组成的物质是否一定为单质？不是，一种元素可以组成几种单质，只有一种元素组成的纯净物才是单质，如果金刚石和石墨混合在一起，经检测，虽然只有碳元素，但金刚石和石墨不属于同种物质，所以应该是混合物．我们应该说同种元素组成的物质可能是单质，也可能是混合物．【要点2】木炭木炭主要是由石墨的微小晶体和少量杂质构成的，具有疏松多孔的结构，与木炭类似的，还有焦炭、活性炭和炭黑．说明：木炭和活性炭因为具有疏松多孔的结构，所以具有很强的吸附能力，活性炭的吸附能力比木炭的还要强．在吸附的过程中，只是把物质的微小粒子吸附到疏松多孔的表面上，并没有生成新的物质，是物理变化．【要点3】碳的化学性质1．常温下：碳的化学性质不活泼(稳定性)说明：碳受日光照射或跟空气、水分接触，都不容易起变化．例如我国古代用墨汁书写、绘制的字画，可以保存多年而不褪色(如图6－2)；我们填写的档案资料均要求用碳素墨水书写，碳素墨水写字不易褪色．讨论：木桩做电线杆埋入地下之前，通常将其表面部分微烤焦，为什么？烤焦的表面形成一层木炭，减慢电线杆的腐烂速度，使其经久耐用．2．碳跟氧气的反应(可燃性)(1)充分燃烧生成二氧化碳说明：这个反应过程中，放出大量的热，所以碳可以用作燃料．(2)不充分燃烧生成一氧化碳说明：这个反应过程中也放热．注意：反应的生成物一氧化碳有剧毒，对人体有害，室内用煤取暖时要注意安全．3．碳跟某些氧化物的反应(还原性)现象：黑色粉末逐渐变成红色，能生成使澄清石灰水变浑浊的气体．．分析：红色物质应该是铜，使澄清石灰变浑浊的气体应该是CO2讨论：在上面的反应中，哪种物质具有还原性？在上述反应中，碳是使氧化铜还原为铜的物质，它具有还原性．说明：碳能够夺取金属氧化物中的氧，碳的还原性可以用在冶金工业上．。
金刚石-石墨族本族包括碳的四个同质多像变体：金刚石、六方金刚石（lonsdaleite)、石墨和赵石墨。
(chaoite).后两者在自然界罕见。
金刚石的结构为典型的金刚石型结构，具有立方面心晶胞，碳原子除位于立方体晶胞的八个角顶和六个面的中心外，在立方体被分割出的八个小立方体中心有一半也相间分布有碘原子。
毎个碳原子与周围四个碳原子以相同的共价键连接，原子间距0.154nm，键角109o28'16'' 。
石墨为层状结构。
其碳原子成层排布，每层内碳与周围的三个碳以相同的共价键相连。
排列成六方环状网。
层间以分子键相连。
层内碳原子间距为0.1420nm，而碳原子层间距为0.335nm。
石墨有2H和3R两种多型。
2H型石墨的第三层碳原子位置与第一层的完全重复，3R型石墨是第四层碳原子位置与第一层的重复。
石墨是多键型晶体，层内C—C 的共价键用去碳原子最外层四个电子中的三个，剩余一个未配对电子可以在层内移动，类似于金属晶格中的自由电子，因而石墨层内还有部分金属键。
因此石墨结构中，既有共价键、分子键，也有金属键。
金刚石Diamond C等轴晶系，对称型所m3m，空间群a0= 0.356 11111;Z=8晶体常呈八面体、菱形十二面体及其聚形，也见由立方体、四六面体等组成的聚形，常见晶面弯曲而成的凸晶。
无色透明，通常带深浅不同的黄褐色调，也有少数呈蓝、黄、褐、粉红和黑色者;典型的金刚光泽;折射率N=2. 40〜2.48；强色散；x射线下发天蓝色荧光。
硬度10;性脆;平行{111}解理中等;密度3.50〜3.52g/cm3;导热性良好室温下其导热率几乎是铜的五倍。
金刚石形成于高温高压条件下，是岩装作用的产物。
产于超基性的金伯利岩和钾镁煌斑岩中，共生矿物橄榄石、镁铝榴石、铬透辉石、金云母等。
此外高压变质的榴辉岩中也见零星的金刚石微粒。
外生条件下，金刚石可以聚集成重要的砂矿床。
石墨Graphite C有两种多型。
