为什么石墨能变成金刚石

石墨和金刚石都是由元素碳所组成的，由于各自的晶体结构不同，表现在硬度上差别就极大。石墨很软，我们经常使用的铅笔芯的主成分就是石墨；而金刚石则用做割玻璃的刀尖，钻探岩石用的钻头等。但是，石墨能不能变成金刚石呢？很早以前，英国化学家坦南特就通过实验方法证实了金刚石是碳的一种特殊结晶形态；而英国科学家布喇格用 X 射线衍射法测得金刚石的晶体结构。但是，天然金刚石很少，价格昂贵，人工合成金刚石的实验研究始终没有停止。1955 年，美国首次在高温高压下合成金刚石。此后人工合成金刚石才逐渐发展起来。现代工业上使用的金刚石大部分是人工合成的，通常都是 1 毫米以下的小颗粒，最大的只有几克拉，同时也合成了宝石用金刚石。人工合成金刚石的具体方法很多，例如，在 5～10 万个大气压和 2000 度的温度下，加上金属触媒，就可以把石墨转化为金刚石；烈性炸药引爆后产生强烈冲击波作用于石墨，瞬间产生几十万个大气压和相当高的温度，使石墨直接转变为金刚石。石墨合成金刚石，表现上看只是形态、硬度、比重、导电性等物理性质的变化。但从微观上看，则是固体晶格结构和化学键的变化，在这一变化过程中，石墨每层碳原子内的共价键和金属键及层间的范德华引力，转变为金刚石中碳原子之间纯粹的共价键；石墨中每个碳原子 SP2 杂化变为金刚石每个碳原子的 SP3 杂化，使石墨的层状晶格变成了金刚石的立体和六方晶格，石墨每层内碳原子之间距离和层间碳原子距离都变为金刚石中碳原子间距离。正是这种化学结构上的变化，导致其性质的变化，使一种物质石墨变成另一种物质金刚石。

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