碳有三种同素异形体

碳有三种同素异形体，即金刚石、石墨和无定形碳。无定形碳有炭黑、木炭、焦炭、骨炭、活性炭等。统称黑碳。这三种同素异形体的物理性质差别很大。但在氧气里燃烧后的产物都是二氧化碳。

1.金刚石的晶体结构

金刚石是典型的原子晶体，在这种晶体中的基本结构粒子是碳原子。每个碳原子都以sp3

杂化轨道与四个碳原子形成共价单键，键长为1.55×10-10 m，键角为109°28′，构成正四面体。每个碳原子位于正四面体的中心，周围四个碳原子位于四个顶点上，在空间构成连续的、坚固的骨架结构。因此，可以把整个晶体看成一个巨大的分子。由于C—C键的键能大(为347 kJ/mol)，价电子都参与了共价键的形成，使得晶体中没有自由电子，所以金刚石是自然界中最坚硬的固体，熔点高达3 550 ℃，并且不导电。

2.石墨的晶体结构

石墨晶体是属于混合键型的晶体。石墨中的碳原子用sp2杂化轨道与相邻的三个碳原子以σ键结合，形成正六角形蜂巢状的平面层状结构，而每个碳原子还有一个2p轨道，其中有一个2p电子。这些p轨道又都互相平行，并垂直于碳原子sp2杂化轨道构成的平面，形成了大π键。因而这些π电子可以在整个碳原子平面上活动，类似金属键的性质。而平面结构的层与层之间则依靠分子间作用力(范德华力)结合起来，形成石墨晶体.石墨有金属光泽，在层平面方向有很好的导电性质。由于层间的分子间作用力弱，因此石墨晶体的层与层之间容易滑动，工业上用石墨作固体润滑剂。

3.无定形碳

所谓无定形碳是指其内部结构而言。实际上它们的内部结构并不是真正的无定形体，而是具有和石墨一样结构的晶体，只是由碳原子六角形环状平面形成的层状结构零乱而不规则，晶体形成有缺陷，而且晶粒微小，含有少量杂质。

无定形碳包括：

炭黑木炭焦炭活性炭骨炭糖炭

无定形碳跟少量砂子、氧化铁催化剂混合，在约3500℃中加热，使产生的碳蒸气凝聚，可得人造石墨。

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