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钻石的基本特征

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　　钻石是由有规律重复排列的碳原子组成.碳和碳原子之间是以共用电子对(共价键)的形式键合在一起的.碳原子之间的结合及排列情况是导致钻石的各种性质的根本原因.因此,要了解钻石的结晶学特征,首先要剖析碳原子的结构.

　　1、碳原子结构

　　碳的原子序数为6,它是由一个原子核(6个质子和6个中子)及绕核运动的6个电子组成.内层的1s轨道充填2个电子,外层的2s、2p轨道充填有4个电子,同时还留下了4个电子轨道空位.这些空位可以容纳其他原子的电子形成碳的多种化合物.在形成化合物时,碳原子既可以同电负性高的元素结合,也可以同电负性较低的元素结合,所以碳的氧化数可以从+4变化到-4价.但不管碳的氧化数的多少,碳原子的键数总是4.

　　2、碳单质的晶体结构

　　碳有钻石和石墨两种同质多像变体.钻石为等轴晶系,三向晶轴等长,其间以直角相交.每个碳原子通过SP?杂化轨道同其周围的4个碳原子以0.154 nm间距相连接,形成4个共价单键,配布成一个正四画体.整个结构基型可视为以角顶相连接的四面体的组合.钻石晶体结构的单位晶胞为立方面心晶胞(图2 -2(b》,其边长为0.356 nm.碳原子在单位晶胞的分布是:8个位于立方体晶胞的角顶;6个位于面心,4个位于晶胞的里面,即将立方体平分为8个小立方体,则在相间排列的每个小立方体中心还存在着碳原子.由于C-C键能很大,所有价电子又都参与了共价键的形成,晶体中没有自由电子.因此,钻石的这种晶体结构,导致了钻石具有高硬度、高熔点、不导电、化学性质稳定等特性.

　　3、钻石的晶体结构

　　石墨具有典型的层状结构,每层由碳原子排列成六方环状网.上层面网的碳原子对着下层面网六方环的中心.面网内每一碳原子同另外3个碳原子相连结,其间距为0.142 nm.碳原子中的4个价电子只有3个电子参加成键.未参加成键的电子(Pπ电子)能在整个片层内自由运动.两面网之间以分子键结合起来,面网之间的距离为0.340 nm,即较层内原子间距大两倍.因此,层间的价键弱于层内的价键.石墨的这种结构,决定石墨具有润滑性、导电、导热等性质.钻石和石墨,由于晶体结构不同,它们的物理性质和化学性质都存在着明显的差钻石的晶体形态.

　　4、石墨的晶体结构

　　可以认为钻石的基本单元是面心立方体.大量的基本单元按照一定的规律有序地排列在一起,组成一定的形态--构成了钻石的晶体形态.钻石的晶体形态可以分为单形和聚形两种类型.单形是指由对称要素联系起来的一组晶面的总和:聚形是指由两种以上的单形聚合在一起所构成的晶体.钻石常见有七种单形,分别是八面体、菱形十二面体、立方体、三角三八面体、三角六八面体、三角四六面体和四角三八面体.其中最常见的是前三种单形及其由它们聚合而成的聚形.

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