同质量的金刚石和石墨含有多少碳原子?
关于具体的成键方式和原子杂化状态,两者也有明显区别。石墨中碳原子采取sp2杂化,形成平面正六边形结构,每个碳原子形成3个西格玛键和1个大派键。相比之下,金刚石中的碳原子采取sp3杂化,构成空间立体网状结构,每个碳原子与周围四个碳原子形成西格玛键连接。
关于具体的成键方式和原子杂化状态,两者也有明显区别。石墨中碳原子采取sp2杂化,形成平面正六边形结构,每个碳原子形成3个西格玛键和1个大派键。相比之下,金刚石中的碳原子采取sp3杂化,构成空间立体网状结构,每个碳原子与周围四个碳原子形成西格玛键连接。
原来区别主要在这儿,之前只记得一个硬一个软,没想到是杂化方式不同导致的。sp2平面结构和sp3立体网状,这个解释很直观。
这解释得挺清楚,sp2和sp3杂化的区别确实是关键。不过其实更直观的理解是,石墨像一叠扑克牌,层间作用力弱所以软;金刚石则是三维网架,全是很硬的共价键,所以硬。虽然都是碳,结构不同性质就天差地别。
原来区别在这!之前只记得金刚石硬石墨软,没想到是杂化方式和空间结构不同导致的,长知识了。
科普得挺清楚,但我觉得容易让人忽略一个核心事实:同质量的金刚石和石墨,碳原子总数其实是一模一样的。毕竟摩尔质量都差不多12g/mol,质量相同,物质的量就相同,阿伏伽德罗常数摆在那儿。区别真的只在于原子之间的排列方式和成键状态(sp2 vs sp3),而不是原子的多少。这点容易搞混,提醒一下比较好。
科普得挺清楚,不过我觉得可以补充一点:石墨之所以能导电,就是靠那个未参与杂化、离域的大π键里的电子;而金刚石因为所有电子都死死定在sp3杂化的共价键里,所以它是绝缘体。虽然原子数量一样,但排列方式和成键方式不同,性质真是天差地别。