金剛石和石墨的可燃性是什么?
碳的存在辦法是多種多樣的,有晶態(tài)單質(zhì)碳如金剛石、石墨,因而說金剛石和石墨其實是碳的一種,碳具有可燃性,一起穩(wěn)定性:在常溫下碳的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,點燃或高溫的條件下能發(fā)生化學(xué)反應(yīng),這個問題重視考慮金剛石和石墨的成分。
把任何兩種不同的礦產(chǎn)相互刻劃,兩者中必定會有一種受到損害。有一種礦產(chǎn),可以劃傷其他悉數(shù)礦產(chǎn),卻沒有一種礦產(chǎn)可以劃傷它,這就是金剛石。
直到18世紀(jì)后半葉,科學(xué)家才搞清楚了構(gòu)成金剛石的“資料”。如前所述,早在公元1世紀(jì)的文獻(xiàn)中就有了關(guān)于金剛石的記載,但是,在這以后的1600多年中,人們始終不知道金剛石的成分是什么。
直到18世紀(jì)的70至90年代,才有法國化學(xué)家拉瓦錫(1743~1794)等人進(jìn)行的在氧氣中燃燒金剛石的實驗,結(jié)果發(fā)現(xiàn)得到的是二氧化碳?xì)怏w,即一種由氧和碳結(jié)合在一起的物質(zhì)。這兒的碳就來源于金剛石??偹?,這些實驗證明了組成金剛石的資料是碳。
知道了金剛石的成分是碳,依然不能解說金剛石為什么有那樣大的硬度。例如,制造鉛筆芯的資料是石墨,成分也是碳,但是石墨卻是一種比人的指甲還要軟的礦產(chǎn)。金剛石和石墨這兩種礦產(chǎn)為什么會如此不同?
這個問題,是在1913年才由英國的物理學(xué)家威廉·布拉格和他的兒子做出答復(fù)。布拉格父子用X射線查詢金剛石,研討金剛石晶體內(nèi)原子的排列辦法。他們發(fā)現(xiàn),在金剛石晶體內(nèi)部,每一個碳原子都與周圍的4個碳原子緊密結(jié)合,構(gòu)成一種細(xì)密的三維結(jié)構(gòu)。這是一種在其他礦產(chǎn)中都未曾見到過的特別結(jié)構(gòu)。而且,這種細(xì)密的結(jié)構(gòu),使得金剛石的密度為每立方厘米約3.5克,大約是石墨密度的1.5倍。正是這種細(xì)密的結(jié)構(gòu),使得金剛石具有最大的硬度。換句話說,金剛石是碳原子被揉捏而構(gòu)成的一種礦產(chǎn)。
碳是一種很常見的元素,它以多種辦法廣泛存在于大氣和地殼之中。碳單質(zhì)很早就被人認(rèn)識和利用,碳的一系列化合物——有機(jī)物更是生命的底子。碳是生鐵、熟鐵和鋼的成分之一。碳能在化學(xué)上自我結(jié)合而構(gòu)成很多化合物,在生物上和商業(yè)上是重要的分子。生物體內(nèi)大多數(shù)分子都含有碳元素。
常溫下單質(zhì)碳的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定,不溶于水、稀酸、
稀堿和有機(jī)溶劑;高溫下與氧反應(yīng)燃燒,生成二氧化碳或一氧化碳;在鹵素中只要氟能與單質(zhì)碳直接反應(yīng);在加熱下,單質(zhì)碳較易被酸氧化;在高溫下,碳還能與許多金屬反應(yīng),生成金屬碳化物。碳具有還原性,在高溫下可以鍛煉金屬。此外,近年的研討發(fā)現(xiàn),石墨可以被氯磺酸溶解,構(gòu)成單層石墨烯的氯磺酸“溶液”。
石墨是碳質(zhì)元素結(jié)晶礦產(chǎn),它的結(jié)晶格架為六邊形層狀結(jié)構(gòu)。每一網(wǎng)層間的間隔為340pm,同一網(wǎng)層中碳原子的間距為142pm;。屬六方晶系,具無缺的層狀解理。解理面以分子鍵為主,對分子吸引力較弱,故其天然可浮性很好。