浅谈金刚石的结构

浅谈金刚石的结构

#教育听我说#你知道钻石的成分吗？其内部结构又是怎样的呢？今天我们就谈谈这个问题。

一、钻石的成分其实是碳元素。它是碳元素的一种单质，在化学上叫金刚石，它是碳原子依共价键相结合而成的。因其内部全是原子，作用力全是共价键，所以在化学把类似这样的晶体称为原子晶体，现在教材上又称为共价晶体。

二、金刚石内部全是碳原子。碳原子最外层有4个电子，形成金刚石时每个碳原子都利用1条2s和3条2p轨道采用sp3杂化，〈形成形状、能量、完全相同，且彼此间夹角为109度28分的4条轨道，空间分布呈正四面体形。这4条杂化轨道分别都与碳原子相结合，形成正四面体形小单元，这种结构不断地向空间（上下、左右、前后）发展，就形成了空间网状结构的晶体。

三、碳原子数与键数关系。在金刚石中1个碳原子周围结合着4个碳原子，而每个碳原子都被4个碳原子共用着，所以1个碳原子实际占有4x1/4＝1个碳原子。每个碳周围有4个C一C键，而每个键被2个碳原子共用，所以1个碳原子实际占有4x1/2＝2个C一C键。（C原子数：C一C键＝1：2）

四、最小环及原子共面问题。金刚石中最小环全是椅式的碳碳六元环，只是有的横着，有的竖着，这个六元环上有4个碳原子处于同一平面内。

五、碳原子与环数的关系。因为1个碳周围有4个键而每两个键之间可以形成2个六元环（1个横向1个竖向），若把键编号，则1号键与2号键形成2个、1号键与3号键形成2个、1号键与4号键形成2个，2号键与3号键形成2个、2号键与4号键形成2个，3号键与4号键形成2个，这样就一共形成了12个六元环；所以1个碳原子周围有12个六元环。

六、碳碳键与环数的关系。由上面五中分析可知，每个C一C键是为6个六元环共用着。

（1个六元环实占6x1/6＝1个C一C键，1个六元环实占6x1/12＝1/2个C原子）。

七、晶胞问题。金刚石晶胞是个平行六面体，具体为正方体。从表面看碳原子位于8个顶点，6个面心，体内有4个分别位于4个互不相邻的小立方体的体心。1个晶胞中实有8x1/8十6x1/2十4＝8个碳原子。彼此间每个碳原子与周围4个碳原子依C一C键结合成正四面体小单元。因为体内有4个碳原子，所以1个晶胞中有4个正四面体小单元。

八、有关金刚石的计算时，注意其晶胞体对角线的长度为8倍的碳原子的半径；因为其体对角线上实有两个顶点碳与1个小立方体内的碳共3个碳原子，但体心和另一个空着的小立方体内，恰好能虚拟填充两个碳原子；所以体对角线上可以看作是5个碳原子紧紧相切排布着；但其长度应该是4个碳原子的直径即8倍的半径。因为顶角处的碳原子是与别的晶胞共用着。

以上就是金刚石的结构，希望对高中学习的小朋友们有些许帮助。