金刚石、石墨、C60的性质

金刚石
化学成分：C。

常含有Cr、Mn、Ti、Mg、Al、Ca、Si、N、B等。

颜色：常见的为浅黄色、浅黄褐色、浅黄绿色、褐色，无色(浅黄白、白、优白)占有一定数量，玫瑰色、粉红色、浅蓝色、绿色、黑色、茶色十分稀少。

透明度：无色及浅色金刚石均成透明状，在无色中的白、优白金刚石测定透过率达95%以上，深色金刚石及具毛玻璃蚀象的透明度减弱呈现半透明状，当金刚石中包体含量增加亦影响透明度。

硬度：摩氏硬度10，新摩氏硬度15，显微硬度10000kg/mm2，显微硬度比石英高1000倍，比刚玉高150倍。

金刚石硬度具有方向性，八面体晶面硬度大于菱形十二面体晶面硬度，菱形十二面体晶面硬度大于六面体晶面硬度。

密度：金刚石密度与金刚石晶体中的包含物密切相关，无色透明质纯的金刚石密度为3.52g/cm3，当具有包含物时密度为3.44~3.53g/cm3。

导电性：绝大多数金刚石是电介质，电阻率：5×104Ω.cm，Ⅰ型及Ⅱ型(Ⅱa)金刚石为绝缘体，比电阻>1016Ω.cm，I型(H b)金刚石为P型半导体，比电阻10~103Ω.cm，温度上升到600℃或下降到-150℃时，电阻提高。

刚度、强度：金刚石具有极大的弹性模量，是自然界最高的磨削材料，弹性模量达90000kg/mm。

摩擦系数小，有极高的抗磨能力，因此在金刚石选矿中利用这一特性，采用球磨机、锥形磨矿机来分离金刚石。

但金刚石极脆，不能承受正向的外力撞击。

熔点：金刚石熔点达4000℃，在空气中燃烧温度为850~1000℃，在纯氧中720~800℃燃烧，金刚石发出浅蓝色火焰，并转化成二氧化碳。

化学稳定性：化学性质非常稳定，在酸、碱中均不分解，在熔融的硝酸钠、硝酸钾、碳酸钠中溶解
用途：金刚石现在的主要用处却不再是用来做宝石，由于它是人们已发现的一种最坚硬的物质，已被用来作为制作切割、钻孔、研磨等工具的非常重要的工业材料。

碳单质有定型碳和无定型碳两类。

金刚石、石墨是重要的定型碳.
1.利用金刚石硬度大、耐高温可做钻探机的钻头；利用硬度大，可做玻璃刀；由于金刚石对光有优异的折射作用，可做装饰品。

2.利用石墨质软，在纸上划过会留下深灰色的痕迹可做铅笔芯；利用石墨滑腻、质软、耐高温，可做耐高温的润滑剂。

3.利用石墨有良好导电性和耐高温可做高温电炉的电极和普通电极。

4.利用石墨耐酸碱的耐腐蚀性强，可做化工管道，耐酸槽、耐碱槽等。

5.木炭能吸附某些有色物质，说明木炭具有吸附性，能把大量气体或染料吸附在其表面.
6.焦碳:一种固体燃料,质硬,多孔,发热量高.用煤高温干馏而成,多用于炼铁 .
石墨
石墨是碳质元素结晶矿物，它的结晶格架为六边形层状结构。

每一网层间的距离为3.40人，
同一网层中碳原子的间距为1.42A。

属六方晶系，具完整的层状解理。

解理面以分子键为主，对分子吸引力较弱，故其天然可浮性很好。

石墨质软，黑灰色；有油腻感，可污染纸张。

硬度为1～2，沿垂直方向随杂质的增加其硬度可增至3～5。

比重为1．9～2．3。

在隔绝氧气条件下，其熔点在3000℃以上，是最耐温的矿物之一。

自然界中纯净的石墨是没有的，其中往往含有Si02、A1203、Fe0、CaO、P2O5、Cu0等杂质。

这些杂质常以石英、黄铁矿、碳酸盐等矿物形式出现。

此外，还有水、沥青、CO2、H2、CH4、N2等气体部分。

因此对石墨的分析，除测定固定碳含量外，还必须同时测定挥发分和灰分的含量。

石墨的工艺特性主要决定于它的结晶形态。

结晶形态不同的石墨矿物，具有不同的工业价值和用途。

工业上，根据结晶形态不同，将天然石墨分为三类。

1.致密结晶状石墨
致密结晶状石墨又叫块状石墨。

此类石墨结晶明显晶体肉眼可见。

颗粒直径大于0．1毫米。

晶体排列杂乱无章，呈致密块状构造。

这种：石墨的特点是品位很高，一般含碳量为60～65％，有时达80～98％，但其可塑性和滑腻性不如鳞片石墨好。

2.鳞片石墨
石墨晶体呈鳞片状；这是在高强度的压力下变质而成的，有大鳞片和细鳞片之分。

此类石墨矿石的特点是品位不高，一般在2～3％，或100～25％之间。

是自然界中可浮性最好的矿石之一，经过多磨多选可得高品位石墨精矿。

这类石墨的可浮性、润滑性、可塑性均比其他类型石墨优越；因此它的工业价值最大。

3.隐晶质石墨
隐品质石墨又称非晶质石墨或土状石墨，这种石墨的晶体直径一般小于1微米，是微晶石墨的集合体，只有在电子显微镜下才能见到晶形。

此类石墨的特点是表面呈土状，缺乏光泽，润滑性也差。

品位较高。

一般的60～80％。

少数高达90％以上。

矿石可选性较差。

石墨由于其特殊结构，而具有如下特殊性质：
1）耐高温型：石墨的熔点为3850±50℃，沸点为4250℃，即使经超高温电弧灼烧，重量的损失很小，热膨胀系数也很小。

石墨强度随温度提高而加强，在2000℃时，石墨强度提高一倍。

2）导电、导热性：石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍。

导热性超过钢、铁、铅等金属材料。

导热系数随温度升高而降低，甚至在极高的温度下，石墨成绝热体。

3）润滑性：石墨的润滑性能取决于石墨鳞片的大小，鳞片越大，摩擦系数越小，润滑性能越好。

4）化学稳定性：石墨在常温下有良好的化学稳定性，能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。

5）可塑性：石墨的韧性好，可年成很薄的薄片。

6）抗热震性：石墨在常温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏，温度突变时，石墨的体积变化不大，不会产生裂纹。

C60
石墨分子是一种由60个碳原子构成的分子，它形似足球，因此又名足球烯。

C60是单纯由碳原子结合形成的稳定分子，它具有60个顶点和32个面，其中12个为正五边形，20个为正六边形。

C60是80年代中期新发现的一种碳原子簇，它是单质，是石墨、金刚石的同素异形体。

很
久以前在宇宙光谱中就发现过它，直到1985年人们才用激光的方法合成并分离得到较纯的C60（含C70），它有确定的组成，60个碳原子构成像足球一样的32面体，包括20个六边形，12个五边形。

科学家的研究思路也是从已知推向未知的探索，因为它是石墨、金刚石的同素异形体，因此有人就联想到用廉价的石墨作原料合成C60，也有人想到它含有苯环单元的结构，是不是可以选用苯作原料合成C60。

这些设想他们都成功了，1000g苯可以制得3gC70和C60的混合物（它们的比率0.26～5.7）。

有人像计算苯一样地计算碳簇分子的共振能、π电子总能、自由价等等。

(2)C60的超导性
1991年，赫巴德(Hebard)等首先提出掺钾C60具有超导性，超导起始温度为18 K，打破了有机超导体(Et)2Cu[N(CN)2]Cl超导起始温度为12.8 K的纪录。

不久又制备出Rb3C60的超导体，超导起始温度为29 K。

表6-1列出了已合成的各种掺杂C60的超导体和超导起始温度，说明掺杂C60的超导体已进入高温超导体的行列。

(4)C60的潜在应用前景
①气体的贮存
②有感觉功能的传感器
③增强金属
④新型催化剂
⑤光学应用
⑥癌细胞的杀伤效应
⑦其他医疗功能。