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石墨是晶體嗎

2021-04-27 11:29:27文/陳宇航

石墨是晶體。石墨是原子晶體、金屬晶體和分子晶體之間的一種過渡型晶體。在晶體中同層碳原子間以sp2雜化形成共價鍵,每個碳原子與另外三個碳原子相聯,六個碳原子在同一平面上形成正六邊形的環,伸展形成片層結構。

石墨是晶體嗎

石墨結構組成

石墨是原子晶體、金屬晶體和分子晶體之間的一種過渡型晶體。在晶體中同層碳原子間以sp2雜化形成共價鍵,每個碳原子與另外三個碳原子相聯,六個碳原子在同一平面上形成正六邊形的環,伸展形成片層結構。在同一平面的碳原子還各剩下一個p軌道,它們互相重疊,形成離域π鍵電子在晶格中能自由移動,可以被激發,所以石墨有金屬光澤,能導電、傳熱。由于層與層間距離大,結合力(范德華力)小,各層可以滑動,所以石墨的密度比金剛石小,質軟并有滑膩感。

石墨每一網層間的距離為3.40?,是以范德華力結合起來的,即層與層之間屬于分子晶體,同一網層中碳原子的間距為1.42?,由于同一平面層上的碳原子間結合很強,極難破壞,所以石墨的熔點也很高,化學性質也穩定。鑒于它的特殊的成鍵方式,不能單一的認為是單晶體或者是多晶體,現在普遍認為石墨是一種混合晶體。

石墨屬六方晶系,具完整的層狀解理。解理面以分子鍵為主,對分子吸引力較弱,故其天然可浮性很好。

石墨理化性質

石墨質軟,為黑灰色,有油膩感,可污染紙張。硬度為1~2,沿垂直方向隨雜質的增加其硬度可增至3~5。比重為1.9~2.3。比表面積范圍集中在1-20m2/g,在隔絕氧氣條件下,其熔點在3000℃以上,是最耐溫的礦物之一。它能導電、導熱。

自然界中純凈的石墨是沒有的,其中往往含有SiO2、Al2O3、FeO、CaO、P2O5、CuO等雜質。這些雜質常以石英、黃鐵礦、碳酸鹽等礦物形式出現。此外,還有水、瀝青、CO2、H2、CH4、N2等氣體部分。因此對石墨的分析,除測定固定碳含量外,還必須同時測定揮發分和灰分的含量。

石墨與金剛石、碳60、碳納米管、石墨烯等都是碳元素的單質,它們互為同素異形體。

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