碳是自然界中最常见的元素之一，也是地球上含量最丰富的元素之一，有很多常见物质都主要由碳元素组成。比如动植物和菌类等生命物种本身和这些生物遗体形成的煤、石油、天然气等，再如石头的主要成分是碳酸钙，其中也有大量的碳元素。不过这里我们重点讲一下金刚石和石墨，这两种东西都由纯粹的碳元素组成，不像其他物质还有大量其他元素，然而这两种东西各自呈现出来的性子却完全不同。
金刚石可以做成钻石，也可以说钻石就是金刚石，其硬度非常高，是自然界中已知硬度最高的物质，其摩氏硬度是硬度为10，也是唯一一种摩氏硬度为10的自然界物质。但是石墨就不同了，它是自然界中最软的物质之一，而且是又滑又软，因此常被用作润滑剂。
硬度不同之外，这两种东西的色泽度也很不相同，石墨的颜色非常黑，是漆黑而不透明的，但是钻石却是透明的，透光性很好。
另外还有一个很大的不同就是金刚石并不导电，是良好的绝缘体；但是石墨的导电性能非常好，是优良的导体，甚至可以将石墨粉做成炸弹，这种石墨炸弹如果在敌方的发电厂、变电厂和供电系统上空中被引爆，飘洒下来的石墨碳纤维就可以将敌方的供电设施瘫痪掉，那么敌方的工厂就无法运转，城市也会陷入瘫痪状态。
既然金刚石与石墨都是由碳元素组成的单质，它们的物理性质为什么还会有这么大的差异呢？这是由于其碳原子排列方式不同造成的。
金刚石和石墨都是碳元素的同素异形体。石墨中每个碳原子的周边连结着另外三个碳原子，排列方式呈六边形，以共价键结合，构成共价分子，这样石墨中每个碳原子与其他碳原子只形成3个共价键，每个碳原子仍然保留1个自由电子来传输电荷，所以石墨可以导电。而且石墨中碳原子的结构为六角形，相互之间呈片状重叠，这种层状结构导致石墨受压后很容易滑动，硬度也不高，所以石墨摸上去非常滑润，是良好的固态润滑剂。又因为扁平的石墨片材可吸收不同波长的光，因此表现为不透明的黑色。
但是金刚石晶体为正四面体结构，其中碳原子的4个孤对电子可以全部形成共价键，因此就没有自由电子，这样金刚石就不能导电。而且金刚石中碳原子以四价键链接，由于钻石中的C-C键很强，所有的价电子都参与了共价键的形成，形成金字塔状的晶体结构，所以金刚石硬度非常大。且金刚石的这种结构也使得它可吸收的光波段很少，照射到金刚石上的光线大部分被反射出去，因此它虽然硬度很高，看上去却是透明的。
不过石墨和金刚石的分子和原子结构很难解体，因此它们都很耐高温，金刚石的熔点是3550℃，而石墨常温下压根就没有熔点，它会在3652℃～3697℃直接升华，因此石墨常被作为耐温材料应用于各种高温隔温设施。
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