三种碳结构：钻石、石墨与富勒烯

你可曾思索过，铅笔芯当中实际上不存在铅，然而钻石与石墨居然皆是由同一种元素构成的？这两样物品，其一硬到足以划破玻璃，其二软到能够用作润滑剂，差异之大令人难以置信。今日我们便要来谈论一下碳元素的三兄弟，也就是金刚石、石墨以及C60。

金刚石：自然界最硬的矿物

碳元素于高温高压状况下所形成的单质晶体是金刚石，其外观呈现为无色透明状，常常被切割成正八面体的形状，看上去熠熠发光。名为“库利南”的乃是世界上最大的宝石金刚石，于1905年在南非被发现，原石重量为3106克拉，也就是621.2克，体积仅仅如同一个成年男子的拳头那般大小。随后它被研磨成了9粒大钻石以及96粒小钻石，其中最重的一粒“库利南第一”重量为530.2克拉，拥有74个面，最终镶嵌在英国国王的权杖上，被称作“南非之星”。

金刚石硬，原因在于其碳原子排列极为紧密，每个碳原子都和周围的四个碳原子形成稳固的化学键。这般结构使金刚石成为自然界里已知的最硬物质，莫氏硬度能达到10。人们拿它去做钻探机的钻头、切割玻璃以及大理石的工具，还将它打磨制成昂贵的装饰品钻石。鉴于金刚石价格极高，工业上常用的人造金刚石价格相对较为便宜，一克拉人造金刚石大概在几十到几百元人民币。

石墨：软滑能导电的黑色固体

石墨跟金刚石全然是不同的模样，石墨呈现出深灰色，具备金属光泽，触摸起来感觉滑溜溜的，属于不透明细鳞片状固体。它的硬度相当低，是自然界中最软的矿物种类之一，使用手指甲便能划出痕迹。石墨的碳原子排列成层状结构，层与层之间的结合力十分微弱，故而层与层之间极易滑动，这便是石墨既滑腻又质软的缘由。

石墨具备优良的导电性以及耐高温的性能，它被用以制作铅笔芯，铅笔芯是石墨与黏土混合而成的混合物，并非含铅，铅笔上的H代表硬，B代表黑，6B最为软且颜色最深，6H最为硬而HB则软硬适中呀，石墨还能够充当耐高温的润滑剂，要是家里的铁锁生锈了，能够把铅笔芯粉末放入锁孔，借助石墨的润滑性从而轻松打开，电车顶上的导电杆与电线接触处也安装有石墨滑块，这是由于石墨导电，耐高温并且具备润滑性呢。用于做电极的是石墨，甚至破坏电力设施的石墨炸弹也是由石墨制成。当前市场之上，石墨块价格大概处于每公斤几元至几十元的范围，其具体情况由纯度和粒度来决定。

结构决定性质 性质决定用途

碳元素构成的单质里有金刚石和石墨，然而它们物理性质差异极大，究极缘由是碳原子排列方式不一样。金刚石含有的碳原子形成正四面体网状模样，每个碳原子均跟四个碳原子相连，这结构稳固坚实。石墨的碳原子呈六边形层状形态，层内结合紧密，层与层之间结合却薄弱。仅仅是因这样的排列差别，致使金刚石特别硬，石墨却十分软，金刚石不导电，石墨导电性能优良。

这个原理向我们传达这样的信息，结构对性质起着决定的作用，性质又对用途起着决定的作用。同一种元素能够构成不一样的物质，这意味着由同种元素所组成的物质并非一定是纯净物，它还有可能是几种单质所组合而成的混合物。就像金刚石跟石墨混合到一块儿，尽管仅仅含有碳元素，然而却是混合物。明白了这个道理，就能够领会为何同样为碳，用途却有着极大的差异。

无定形碳：木炭活性炭的吸附本领

除金刚石与石墨外，碳元素存有一些非晶体形态，涵盖木炭、活性炭、焦炭及炭黑，它们被统称作无定形碳。一般情况下，木炭常被用作燃料，同时还具备吸附色素以及异味的能力。活性炭的吸附表现比木炭要显著强出许多些距离，这是由于其内部存在大量微小孔隙，进而致使比表面积极为巨大，一克活性炭所拥有的比表面积能够达到1000平方米以上。

生活里活性炭应用极为广泛，家中净水器滤芯装有活性炭，用以吸附水中杂质与余氯，冰箱除味剂借助活性炭吸附异味，防毒面具滤毒罐填充活性炭吸附毒气保护呼吸，依据实验数据，活性炭吸附气体能力与气体沸点高低相干，沸点越高被吸附气体体积越大，工业上活性炭价格通常在每公斤10元至50元之间，食品级和医药级的更贵些。

C60：足球形状的碳单质新成员

1985年的时候，科学家发觉了那种全新的碳单质，其化学式为C60。C60是由60个碳原子所组成的一个分子，它的形状如同足球，是由12个五边形以及20个六边形构成，显得非常稳定。那种特殊的结构使得C60具备了大量独特的物理化学性质。后来科学家又发现了C70、C240、C540等更多的碳单质。

有着广阔应用前景的C60，可用来储存气体，像储存用于燃料电池的氢气，还能做有感觉功能的传感器，增强金属强度，作为新型催化剂，甚至用于光学领域，最令人兴奋的是，在医学上C60被研究用来杀伤癌细胞，为癌症治疗提供新思路，这些新型碳单质的出现，让人们对碳元素获有全新认识，也打开材料科学新大门。

生活中的碳单质小实验

你能够自行着手去做两个小型实验从而对碳单质的性质予以验证。最先的那个实验是，取一根石墨电极或者一枝6B的铅笔芯，借助导线将之连接起来，在接通电源之后去观察灯泡是不是会发亮。假如灯泡亮起来了，那么也就表示石墨具备导电的性能。其次的那个实验是，于蜡烛火焰上方罩上一个冷碟子，去收集燃烧所产生的炭黑，能够看到碟子底部变为黑色，这也就表明蜡烛燃烧生成了碳单质。

除此之外，倘若家中存在生锈的铁锁，那么可将铅笔芯粉末倒入锁孔，凭借石墨所具备的润滑性便能够轻易打开。这些简易的小实验以及生活里的小技巧，能够助力你更为直观地领会碳单质的性质。学习化学不但要牢记知识点，而且更要学会把知识运用到实际生活当中去。

你可曾碰到过因对物质性质缺乏理解从而闹出笑话的情形，又或者有着借助化学知识成功化解生活难题的经历呢？欢迎于评论区去分享你的故事，要是觉着这篇文章对你有所助益，请点赞并转发以使更多人能够看到。