金刚石与石墨的相互转化条件及过程解析

金刚石与石墨的相互转化条件及过程解析

引用

新浪网

1.

https://m.edu.iask.sina.com.cn/jy/2qGXeUovNb1.html

金刚石和石墨是碳元素的两种同素异形体，它们在一定条件下可以相互转化。这种转化过程涉及高温、高压和催化剂等特定条件，属于化学变化的范畴。

金刚石转化为石墨

金刚石在隔绝空气的条件下加热到1000℃，可以转变为石墨。这一过程表明，即使在高温下，金刚石的稳定性仍然高于石墨，但当温度达到一定阈值时，金刚石的晶格结构会逐渐瓦解，碳原子重新排列形成石墨的层状结构。

石墨转化为金刚石

石墨在5-6万大气压（即（5-6）×103MPa）及摄氏1000至2000度高温下，再用金属铁、钴、镍等做催化剂，可以转变成金刚石粉末。这种转化过程需要克服石墨层间的范德华力，并促使碳原子重新排列形成金刚石的三维网络结构。

转化过程的性质

石墨变为金刚石的过程属于化学变化。这是因为石墨和金刚石是结构不同的两类物质，它们的化学键结合情况存在显著差异。在转化过程中，原有的化学键会断裂，新的化学键会形成，这正是化学变化的特征。

石墨的层状结构中，每个碳原子都通过sp2杂化轨道与相邻的三个碳原子形成共价键，形成一个平面六边形的网状结构。在同一平面的碳原子还各剩下一个p轨道，它们互相重叠，形成离域的π键。电子在晶格中能自由移动，可以被激发，因此石墨具有金属光泽，能导电、传热。

由于层与层间距离大，结合力（范德华力）小，各层可以滑动，所以石墨的密度比金刚石小，质软并有滑腻感。石墨每一网层间的距离为3.40埃，是以范德华力结合起来的，即层与层之间属于分子晶体，同一网层中碳原子的间距为1.42埃。

由于同一平面层上的碳原子间结合很强，极难破坏，所以石墨的熔点也很高，化学性质也稳定。鉴于它的特殊的成键方式，不能单一的认为是单晶体或者是多晶体，普遍认为石墨是一种混合晶体。