金刚石为什么比石墨熔点低？

石墨与金刚石都是碳的同素异形体，碳原子之间通过共价键相互连接形成空间网状结构，金刚石的熔点是3 823K，石墨的熔点是3 925K，金刚石是自然界中最硬的天然物质，但是石墨可以用刀片轻易刮削。那么，石墨比金刚石软，为什么熔点比金刚石的熔点高呢？

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熔点与硬度的差异需要从石墨与金刚石的结构说起。

图27　金刚石结构示意图

金刚石晶体中，每个碳原子都以sp3杂化，与4个碳原子以单键相连，这4个碳原子在空间形成一个正四面体结构（如图27所示），键角为109°28′，键长为155 pm。(www.xing528.com)

石墨晶体比较特殊，它是层状结构，每层中的碳原子以sp2杂化，与3个碳原子以单键连接，这4个碳原子处于同一平面内，形成类似“”的结构单元，键角为120°，键长为142 pm。在二维平面中多次重复后，形成多个重复的平面六元碳环。sp2杂化后留下的一个2p轨道则垂直于这个平面，多个2p轨道在该平面上相互平行而形成大π键，电子可以在大π键中自由流动。

原子晶体的熔点与共价键的强弱有关，由于金刚石中的碳碳键长大于石墨中的碳碳键长，说明石墨中的碳碳键更强。其原因是每层的大π键使石墨中的碳碳键介于碳碳单键和双键之间，故有更高的键能。

石墨的层与层之间是范德华作用力，其强度远低于共价键的键能，与金刚石相比，破坏石墨中的范德华力比破坏金刚石中的共价键容易得多，故石墨非常软。

熔化的石墨和金刚石之间没有差异，因为金刚石和石墨的晶体结构已被破坏，气化时都变成小分子C、C2；所以它们的沸点相同。