金剛石和石墨都是碳嗎？

碳是一一種很常見的元素，廣泛地存在於地殼與大氣中。碳在人類生活中有很大的作用，人類生產生活處處離不開它。

鑽石恆久遠

金剛石是自然界中最堅硬的物質，它的硬度是剛玉的4倍，石英的8倍。

金剛石為什麼會有如此大的硬度呢？

早在公元1世紀的文獻中就有了關於金剛石的記載，然而，在其後的1600多年中，人們始終不知道金剛石的成分是什麼。直到18世紀後半葉，科學家才搞清楚了構成金剛石的“材料”。

18世紀的70- 90 年代，法國化學家拉瓦錫（ 1743- 1794）等人進行的在氧氣中燃燒金剛石的實驗，結果發現得到的是二氧化碳氣體，即一種由氧和碳結合在一起的物質。這裡的碳就來源於金剛石。終於，這些實驗證明了組成金剛石的材料是碳。

知道了金剛石的成分是碳，仍然不能解釋金剛石為什麼有那麼大的硬度。例如，製造鉛筆芯的材料是石墨，成分也是碳，然而石墨卻是-種比人的指甲還要軟的礦物。

金剛石和石墨這兩種礦物為什麼會如此不同？

這個問題，是在1913年才由英國的物理學家威廉●布拉格（ 1862- 1942） 和他的兒子做出了回答。布拉格父子用X射線觀察金剛石，研究金剛石晶體內原子的排列方式。他們發現，在金剛石晶體內部，每——個碳原子都與周圍的4個碳原子緊密結合，形成一種緻密的三維結構。這是- -種在其他礦物中都未曾見到過的特殊結構。而且，這種緻密的結構，使得金剛石的密度為3。5g/cm‘，大約是石墨密度的1。5 倍。正是這種緻密的結構，使得金剛石具有最大的硬度。換句話說，金剛石是碳原子被擠壓而形成的一種礦物。

人造金剛石

金剛石是自然界中最堅硬的物質，因此也就具有了許多重要的工業用途，如精細研磨材料、高硬切割工具、各類鑽頭、拉絲模。還被作為很多精密儀器的部件。

金剛石還具有超硬、耐磨、熱敏、傳熱導、半導體及透遠等優異的物理效能，素有“硬度之王”和寶石之王的美稱，金剛石的結晶體的角度是54° 44’ 8”。20世紀50年代，美國以石墨為原料，在高溫高壓下成功製造出人造金剛石。現在人造金剛石已經廣泛用於生產和生活中，雖然造出大顆粒的金剛石還很困難（ 所以大顆粒的天然金剛石仍然價值連城），但是人們已經可以製成金剛石的薄膜。

石墨是一種深灰色有金屬光澤而不透明的細鱗片狀固體。質軟，有滑膩感，具有優良的導電效能。石墨中碳原子以平面層狀結構鍵合在一起，層與層之間合比較脆弱，因此層與層之間容易滑動而分開。主要作用：製作鉛筆，電極，電車纜線等。

富勒烯是於1985年發現的繼金剛石、石墨和線性碳之後碳元素的第四種晶體形態。富勒烯是一種新發現的工業材料，它的硬度比鑽石還硬，軔度（延展性）比鋼

強100倍，它能導電，導電性比銅強，重量只有銅的1/6。

其中柱狀或管狀的分子又叫作碳奈米管或巴基管。C60分子具有芳香性，溶於苯呈醬紅色。可用電阻加熱石墨棒或電弧法使石墨蒸發等方法制得。C60有潤滑性，可能成為超級潤滑劑。金屬摻雜的C60有超導性，是有發展前途的超導材料。C60還可能在半導體、催化劑、蓄電池材料和藥物等許多領域得到應用。