石墨(元素碳的一种同素异形体)详细资料大全

石墨是元素碳的一种同素异形体，每个碳原子的周边连结著另外三个碳原子（排列方式呈蜂巢式的多个六边形）以共价键结合，构成共价分子。

由于每个碳原子均会放出一个电子，那些电子能够自由移动，因此石墨属于导电体。 石墨是其中一种最软的矿物，它的用途包括制造铅笔芯和润滑剂。碳是一种非金属元素，位于元素周期表的第二周期IVA族。

基本介绍 中文名 ：石墨 英文名 ：graphite 别称 ：石涅、石黑、石螺、石黛、画眉石 化学式 ：C 分子量 ：1201 CAS登录号 ：7782-42-5 EINECS登录号 ：231-955-3 熔点 ：3652℃ 沸点 ：4827℃ 水溶性 ：不溶于水 密度 ：225g/cm3 外观 ：黑色固体 套用 ：铅笔芯、耐火材料、导电材料、润滑材料、碳素制造、防辐射材料等 危险性描述 ：无毒，粉尘吸入会引起呼吸道病 沸点 ：4250℃ 发展历程,简介,名称来源,碳元素,存在形式,性质特征,石墨熔点,同素异形体,产地分布,分类,天然石墨,人造石墨,块状石墨,鳞片石墨,隐晶质石墨,特种成型方式,石墨晶体,混合晶体,晶体特征,石墨与金刚石,提纯方法,用途,传统用途,新用途, 发展历程 早在二十世纪三十年代，中国黑龙江鸡西柳毛、山东南墅石墨矿就开始了石墨的生产加工。当时选矿工艺流程简单，工人劳动条件差，生产率极低，年产量仅有几千吨。经过几十年的发展，我国石墨及碳素制品产量快速上升，2004-2011年，石墨及碳素制品产量年复合增长率达2212%。2011年，我国石墨及碳素制品产量为255617万吨，同比增长2198%。 石墨及碳素制品具备优良的性能，套用日益广泛，产能及效益呈快速增长趋势。2011年，中国石墨及碳素制品行业发展迅速，行业内企业对成本费用的管理控制能力较高，盈利能力较强。国家统计局数据显示，2011年，我国石墨及碳素制品行业实现工业总产值167564亿元;实现销售收入167765亿元，同比增长4058%;实现利润总额10959亿元，同比增长5087%。随着套用的不断推广，看中国石墨及碳素制品行业的竞争也日趋激烈。 中国规模以上石墨及碳素制品企业较多，集中度低。截至2011年末，中国规模以上石墨及碳素制品企业达871家，销售收入排名前十的企业销售收入总额仅占全行业的1346%。从世界石墨及碳素制品市场的发展趋势和竞争格局来看，未来我国石墨及碳素制品行业将逐步向大集团集中，石墨及碳素制品行业的集中度将会进一步提高。 随着中国冶金、化工、机械、医疗器械、核能、汽车、航空航天等行业的快速发展，这些行业对石墨及碳素制品的需求将会不断增长，我国石墨及碳素制品行业将保持快速增长。2006-2011年，我国石墨及碳素制品行业销售收入年复合增长率为3656%。根据当前国内外经济形势，结合2006-2011年中国石墨及碳素制品行业销售收入数据及中国经济成长数据，粗略估计2012-2015年我国石墨及碳素制品行业销售收入年复合增长率为21%，2015年，我国石墨及碳素制品行业销售收入将达到3400亿元。 简介 名称来源 源于希腊文“graphein”，意为“用来写”。由德国化学家和矿物学家AGWerner于1789命名。 分子结构 碳元素 碳是一种很常见的元素，它以多种形式广泛存在于大气和地壳之中。碳单质很早就被人认识和利用，碳的一系列化合物——有机物更是生命的根本。碳是生铁、熟铁和钢的成分之一。碳能在化学上自我结合而形成大量化合物，在生物上和商业上是重要的分子。生物体内大多数分子都含有碳元素。 存在形式 碳的存在形式是多种多样的，有晶态单质碳如金刚石、石墨；有无定形碳如煤；有复杂的有机化合物如动植物等；碳酸盐如大理石等。单质碳的物理和化学性质取决于它的晶体结构。高硬度的金刚石和柔软滑腻的石墨晶体结构不同，各有各的外观、密度、熔点等。 石墨 性质特征 常温下单质碳的化学性质比较稳定，不溶于水、稀酸、稀碱和有机溶剂；高温下与氧反应燃烧，生成二氧化碳或一氧化碳；在卤素中只有氟能与单质碳直接反应；在加热下，单质碳较易被酸氧化；在高温下，碳还能与许多金属反应，生成金属碳化物。碳具有还原性，在高温下可以冶炼金属。此外，近年的研究发现，石墨可以被氯磺酸溶解，形成单层石墨烯的氯磺酸“溶液”。 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340pm，同一网层中碳原子的间距为142pm;。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。 石墨由于其特殊结构，而具有如下特殊性质： 1） 耐高温性：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。石墨能够导电是因为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。 石墨 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，可碾成很薄的薄片。 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。 石墨熔点 金刚石的熔点是3823K,石墨的熔点是3925K。石墨熔点高于金刚石。 比较石墨和金刚石的熔点不能单纯地从键能的方面予以考虑，如果忽视掉熔化时断裂键的个数，那么得到的数据也不可取。 同素异形体 石墨与金刚石、碳60、碳纳米管、石墨烯等都是碳元素的单质，它们互为同素异形体。 产地分布 成因和产状：石墨是在高温下形成。分布最广是石墨的变质矿床，系由富含有机质或碳质的沉积岩经区域变质作用而成 中国： 我国以黑龙江鸡西市恒山区密山市柳毛乡为最大的产地。以及黑龙江省的七台河市、鹤岗市和双鸭山市等。 山东省莱西市为我国石墨重要产地之一，石墨探明储量68711万吨，现保有储量63993万吨。另外吉林省磐石市也是石墨产地之一，石墨储量500 万吨。 2016年9月23日《中国矿业报》报导：内蒙古乌拉特中旗高勒图矿区发现全国最大晶质石墨单体矿，晶质石墨矿石资源量3159572万吨，矿物量（固定碳）158088万吨，平均品位(固定碳)5%，均为新增矿产资源量。矿体长2100米，控制最大延深703米，矿石为晶质石墨二云母片岩。目前内蒙古金彩矿业有限公司拥有其探矿权。 2016年11月陕西省煤田地质局一九四队在陕西洋县发现3条石墨矿带，预计矿石资源量200万吨 2017年1月6日中国地质环境信息网报导：内蒙古地勘二院和巴彦淖尔市地质矿产调查院共同承担的《巴彦淖尔市石墨矿资源调查》项目全面结束，经过大量的地质调查工作，发现并圈出石墨找矿远景区7处 世界： 著名产地：纽约Ticonderoga，马达加斯加和Ceylon。 分类 天然石墨 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。 人造石墨 广义上，一切通过有机炭化再经过石墨化高温处理得到的石墨材料均可称为人造石墨，如炭纤维、热解炭、泡沫石墨等。而狭义上的人造石墨通常指以杂质含量较低的炭质原料为骨料、煤沥青等为粘结剂，经过配料、混捏、成型、炭化和石墨化等工序制得的块状固体材料，如石墨电极、等静压石墨等 人造石墨就成型方式通常可分为：振动成型，挤压成型，模压成型，等静压成型。 块状石墨 块状石墨又叫致密结晶状石墨。此类石墨结晶明显晶体肉眼可见。颗粒直径大于0．1毫米，比表面积范围集中在01-1m 2 /g，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。 鳞片石墨 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10～25%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。 鳞片石墨 隐晶质石墨 3．隐晶质石墨隐晶质石墨又称微晶石墨或土状石墨，这种石墨的晶体直径一般小于1微米，比表面积范围集中在1-5m 2 /g，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，润滑性比鳞片石墨稍差。品位较高。一般的60～85%。少数高达90%以上。一般套用于铸造行业比较多。主要蕴藏在湖南郴州鲁塘。随着石墨提纯技术的提高。土状石墨套用越来越广泛。 隐晶质石墨 特种成型方式 石墨在工业上运用极广，几乎每个行业都会用到。工业上多用的是人造石墨，也就是特种石墨。按其成型的方式可分为以下几种。 1．等静压石墨。也就是很多人叫的三高石墨，但是并不是三高就是等静压。 2．模压石墨 3．挤压石墨，多为电极材料。 其中按石墨的颗粒度分，也可分为：细节构石墨、中粗石墨（一般的颗粒度在08mm左右）、还有就是电极石墨（2-4mm）。 石墨晶体 混合晶体 在石墨晶体中，同层的碳原子以sp2杂化形成共价键，每一个碳原子以三个共价键与另外三个原子相连。六个碳原子在同一个平面上形成了正六连连形的环，伸展成片层结构，这里C-C键的键长皆为142pm，这正好属于原子晶体的键长范围，因此对于同一层来说，它是原子晶体。在同一平面的碳原子还各剩下一个p轨道，它们相互重叠。电子比较自由，相当于金属中的自由电子，所以石墨能导热和导电，这正是金属晶体特征。因此也归类于金属晶体。 石墨晶体结构 石墨晶体中层与层之间相隔340pm，距离较大，是以范德华力结合起来的，即层与层之间属于分子晶体。但是，由于同一平面层上的碳原子间结合很强，极难破坏，所以石墨的熔点也很高，化学性质也稳定。 鉴于它的特殊的成键方式，不能单一的认为是原子晶体或者是分子晶体，按现代的表述方式，认为石墨是一种混合晶体。 晶体特征 晶系和空间群：六方晶系，P63/mc 晶胞参数：a 0 =0246nm，c 0 =0670nm 典型的层状结构，碳原子成层排列，每个碳与相邻的碳之间等距相连，每一层中的碳按六方环状排列，上下相邻层的碳六方环通过平行网面方向相互位移后再叠置形成层状结构，位移的方位和距离不同就导致不同的多型结构。上下两层的碳原子之间距离比同一层内的碳之间的距离大得多（层内C-C间距=0142nm，层间C-C间距=0340nm） 形态：单晶体常呈片状或板状，但完整的很少见。集合体通常为鳞片状，块状和土状 颜色：铁黑色 石墨烯电晶体 条痕：光亮黑色 透明度：不透明 光泽：呈半金属光泽 硬度：1-2 解理和断口：平行解理极完全 比重：221-226g/cm3 比表面积：5-10m 2 /g 其他性质：薄片具挠性，有滑感，易污手，具有良好的导电性 鉴定特征铁黑色，硬度低，一组极完全解理，有滑感和染手；如果将硫酸铜溶液润湿的锌粒放在石墨上，则可析出金属铜的斑点，在与石墨相似的辉钼矿上则无此反应。 石墨与金刚石 提起钻石，人们就会联想到光彩夺目、闪烁耀眼的情景，它随着拥有者的活动而光芒四射。但因它的昂贵价格，大多数人只能望而却步。天然的钻石是由金刚石经过琢磨后才能称之谓“钻石”。天然的钻石是非常稀少的，世界上重量大于1000克拉(1克=5克拉)的钻石只有2粒，400克拉以上的钻石只有多粒，我国迄今为止发现的最大的金刚石重158786克拉，这就是“常林钻石”。物以稀为贵，正因为可做“钻石“用的天然金刚石很罕见，人们就想“人造“金刚石来代替它，这就自然地想到了金刚石的“孪生“兄弟--石墨了。 金刚石和石墨的化学成分都是碳(C)，称“同素异形体”。从这种称呼可以知道它们具有相同的“质”，但“形”或“性”却不同，且有天壤之别，金刚石是目前最硬的物质，而石墨却是最软的物质之一。 金刚石 石墨和金刚石的硬度差别如此之大，但人们还是希望能用人工合成方法来获取金刚石，因为自然界中石墨(碳)藏量是很丰富的。但是要使石墨中的碳变成金刚石那样排列的碳，不是那么容易的。石墨在5-6万大气压（（5-6）×103MPa）及摄氏1000至2000度高温下，再用金属铁、钴、镍等做催化剂，可使石墨转变成金刚石粉末。 世界上已有十几个国家（包括我国）均合成出了金刚石。但这种金刚石因为颗粒很细，主要用途是做磨料，用于切削和地质、石油的钻井用的钻头。当前，世界金刚石的消费中，80%的人造金刚石主要是用于工业，它的产量也远远超过天然金刚石的产量。 最初合成的金刚石颗粒呈黑色，05mm大小，重约01克拉（用于宝石的金刚石一般最小不能小于01克拉）。美国、日本等已制成61克拉多的金刚石，我国人造金刚石企业黄河旋风公司实验室生成的大颗粒金刚石达8mm，表明了我国在该领域研究居前沿地位。我们说金刚石已从石墨中“飞”出，宝石级的人造金刚石也会在不久的将来供应于市场。 提纯方法 石墨提纯：化学提纯和物理提纯两种方法。 (1)化学提纯是利用石墨耐酸、碱、抗腐蚀的性质，用酸、碱处理石墨精矿，使杂质溶解，然后洗涤掉，提高精矿品位。化学提纯可获品位为99%的高碳石墨。化学提纯有多种方法，国内套用最广的是氢氧化钠高温熔融法。 基本原理是在500℃以上高温条件下，使石墨中的杂质(以矽酸盐矿物为主)与烧碱，即NaOH起反应，生成水溶性反应物，用水浸取反应物，即可消除掉部分杂质，另一部分杂质，如铁的氧化物，碱熔后用HCl中和，生成可溶子水的氯化铁，用水洗涤即可除去。 上述工艺流程中，NaOH浓度为50%左右，与石墨按1：08的比例混合，即生产1 t高碳石墨消耗NaOH04t左右。HCl的加入量约为石墨的30%。燃料用煤约为o6一o7t。碱熔法所用设备主要有锚式搅拌机，熔融炉、螺旋浆搅拌机、V型洗涤槽等。回收率85—90%，投资15—20万元。这种，工艺虽较先进，但也存在耗水量大、石墨流失多，生产率较低，耗碱量大，且排放的废液污染环境等不足。 由上原因，成本较高。为解决或改善上述不足，河南省地矿厅岩矿测试中心研制了提纯高碳石墨新工艺，以离心洗涤取代V型洗涤槽，将废液处理后循环使用。采用这种新工艺，可降低材料成本50%左右，节水50%左右，产率提高10%左右，并减少了废液对环境的污染。石墨固定碳含量大于99%，回收率达 928%。 (2)物理提纯即高温提纯，利用石墨耐高温的性质，将其置于电炉中，隔绝空气加热到2500℃，使灰分(即杂质)挥发掉，从而提高精矿品位。高温提纯可获品位为999%的高纯石墨。 用途 传统用途 1、作耐火材料：石墨及其制品具有耐高温、高强度的性质，在冶金工业中主要用来制造石墨坩埚，在炼钢中常用石墨作钢锭之保护剂，冶金炉的内衬。 石墨 2．作导电材料：在电气工业上用作制造电极、电刷、碳棒、碳管、水银正流器的正极，石墨垫圈、电话零件，电视机显像管的涂层等。 3．作耐磨润滑材料：石墨在机械工业中常作为润滑剂。润滑油往往不能在高速、高温、高压的条件下使用，而石墨耐磨材料可以在200~2000 ℃温度中在很高的滑动速度下，不用润滑油工作。许多输送腐蚀介质的设备，广泛采用石墨材料制成活塞杯，密封圈和轴承，它们运转时勿需加入润滑油。石墨乳也是许多金属加工(拔丝、拉管)时的良好的润滑剂。 4．石墨具有良好的化学稳定性。经过特殊加工的石墨，具有耐腐蚀、导热性好，渗透率低等特点，就大量用于制作热交换器，反应槽、凝缩器、燃烧塔、吸收塔、冷却器、加热器、过滤器、泵设备。广泛套用于石油化工、湿法冶金、酸碱生产、合成纤维、造纸等工业部门，可节省大量的金属材料。 不透性石墨的品种因所含树脂不同，耐蚀性也有差异。如酚醛树脂浸渍者耐酸，但不耐碱；糠醇树脂浸渍者既耐酸，又耐碱。不同品种的耐热性也有差异：碳和石墨在还原性气氛中可耐2000~3000℃，在氧化气氛中分别在350℃和400℃开始氧化；不透性石墨品种随浸渍剂而异，一般由酚醛或糠醇浸渍者耐热在180℃以下。 5．作铸造、翻砂、压模及高温冶金材料：由于石墨的热膨胀系数小，而且能耐急冷急热的变化，可作为玻璃器的铸模，使用石墨后黑色金属得到铸件尺寸精确，表面光洁成品率高，不经加工或稍作加工就可使用，因而节省了大量金属。生产硬质合金等粉末冶金工艺，通常用石墨材料制成压模和烧结用的瓷舟。单晶矽的晶体生长坩埚，区域精炼容器，支架夹具，感应加热器等都是用高纯石墨加工而成的。此外石墨还可作真空冶炼的石墨隔热板和底座，高温电阻炉炉管，棒、板、格棚等元件。 6、用于原子能工业和国防工业：石墨具有良好的中子减速剂用于原子反应堆中，铀一石墨反应堆是套用较多的一种原子反应堆。作为动力用的原子能反应堆中的减速材料应当具有高熔点，稳定，耐腐蚀的性能，石墨完全可以满足上述要求。作为原子反应堆用的石墨纯度要求很高，杂质含量不应超过几十个PPM 。特别是其中硼含量应少于05PPM 。在国防工业中还用石墨制造固体燃料火箭的喷嘴，飞弹的鼻锥，宇宙航行设备的零件，隔热材料和防射线材料。 7．石墨还能防止锅炉结垢，有关单位试验表明，在水中加入一定量的石墨粉(每吨水大约用4~5 克)能防止锅炉表面结垢。此外石墨涂在金属烟囱、屋顶、桥梁、管道上可以防腐防锈。 8．石墨可作铅笔芯、颜料、抛光剂。石墨经过特殊加工以后，可以制作各种特殊材料用于有关工业部门。 9．电极：石墨何以能取代铜做为电极？ 20世纪60年代，铜做为电极材料被广泛套用，使用率约占90%，石墨仅有10%左右；21世纪，越来越多的用户开始选择石墨作为电极材料，在欧洲，超过90%以上的电极材料是石墨。铜，这种曾经占统治地位的电极材料，和石墨电极相比它的优势几乎消失殆尽。是什么导致了这个戏剧性的变化？当然是石墨电极的诸多优势。 （1）加工速度更快：通常情况下，石墨的机械加工速度能比铜快2~5倍；而放电加工速度比铜快2~3倍 石墨 材料更不容易变形：在薄筋电极的加工上优势明显；铜的软化点在1000度左右，容易因受热而产生变形；石墨的升华温度为3650度；热膨胀系数仅有铜的1/30。 （2）重量更轻：石墨的密度只有铜的1/5，大型电极进行放电加工时，能有效降低工具机（EDM）的负担；更适合于在大型模具上的套用。 （3）放电消耗更小；由于火花油中也含有C原子，在放电加工时，高温导致火花油中的C原子被分解出来，转而在石墨电极的表面形成保护膜，补偿了石墨电极的损耗。 （4）没有毛刺；铜电极在加工完成后，还需手工进行修整以去除毛刺，而石墨加工后没有毛刺，节约了大量成本，同时更容易实现自动化生产。 （5）石墨更容易研磨和抛光；由于石墨的切削阻力只有铜的1/5，更容易进行手工的研磨和抛光。 （6）材料成本更低，价格更稳定；由于近几年铜价上涨，如今各向同性石墨的价格比铜更低，相同体积下，东洋炭素的普遍性石墨产品的价格比铜的价格低30%～60%，并且价格更稳定，短期价格波动非常小。 正是这种无可比拟的优势，石墨逐渐取代铜成为EDM电极的首选材料。 新用途 石墨新用途： 随着科学技术的不断发展，人们对石墨也开发了许多新用途。 柔性石墨制品。柔性石墨又称膨胀石墨，是年代开发的一种新的石墨制品。 1971年美国研究成功柔性石墨密封材料，解决了原子能阀门泄漏问题，随后德、日、法也开始研制生产。这种产品除具有天然石墨所具有的特性外，还具有特殊的柔性和弹性。 因此，是一种理想的密封材料。广泛用于石油化工、原子能等工业领域。国际市场需求量逐年增长。 轻工业套用 此外，石墨还是轻工业中玻璃和造纸的磨光剂和防锈剂，是制造铅笔、墨汁、黑漆、油墨和人造金刚石、钻石不可缺少的原料。它是一种很好的节能环保材料，美国已用它做为汽车电池。随着现代科学技术和工业的发展，石墨的套用领域还在不断拓宽，已成为高科技领域中新型复合材料的重要原料，在国民经济中具有重要的作用。

石灰岩 简称 灰岩

以方解石为主要成分的碳酸盐岩。石灰岩是一种沉积岩。有时含有白云石、粘土矿物和碎屑矿物，有灰、灰白、灰黑、黄、浅红、褐红等色，硬度一般不大，与稀盐酸反应剧烈。结构较为复杂，有碎屑结构和晶粒结构两种。碎屑结构多由颗粒、泥晶基质和亮晶胶结物构成。颗粒又称粒屑，主要有内碎屑、生物碎屑和鲕粒等，泥晶基质是由碳酸钙细屑或晶体组成的灰泥，质点大多小于005毫米，亮晶胶结物是充填于岩石颗粒之间孔隙中的化学沉淀物，是直径大于001毫米的方解石晶体颗粒；晶粒结构是由化学及生物化学作用沉淀而成的晶体颗粒。

石灰岩主要是在浅海的环境下形成的。石灰岩按成因可划分为粒屑石灰岩（流水搬运、沉积形成）；生物骨架石灰岩和化学、生物化学石灰岩。按结构构造可细分为竹叶状灰岩、状灰岩、团块状灰岩等。石灰岩的主要化学成分是CaCO3易溶蚀，故在石灰岩地区多形成石林和溶洞，称为喀斯特地形

有生物化学作用生成的石灰岩，常含有丰富的有机物残骸。石灰岩中一般都含有一些白云石和黏土矿物，当黏土矿物含量达25%~50%时，称为泥质灰岩。白云石含量达25%~50%时，称为白云质灰岩。

石灰岩分布相当广泛，岩性均一，易于开采加工，是一种用途很广的建筑石料。

石墨的元素是碳，石墨是碳的同素异形体

同素异形体，是指由同样的单一化学元素组成，但性质却不相同的单质。（同一元素因为排列方式不同而产生不同的物理性质与化学性质。）同素异形体之间的性质差异主要表现在物理性质上，化学性质上也有着活性的差异。

生活中最常见的碳的同素异形体有：金刚石、石墨、富勒烯、碳纳米管、石墨烯和石墨炔；

晶格中原子的排列方式不同，例如：金刚石和石墨和C

金刚石是四面体结构，是一种原子晶体。而石墨碳原子呈层状排列，是平面六边形结构，层与层只见仅依靠微弱的分子间作用力连接，易发生相对滑动，因此石墨的化学性质与金刚石相比更为活泼，物理性质差异更加明显，金刚石是无色透明的晶体，熔点与硬度远大于石墨。而石墨是深灰色、质软、不透明，易导电的片状固体。同样是碳，差别很大……。

碳是一种非金属元素，位于元素周期表的第二周期IVA族。拉丁语为Carbonium，意为“煤，木炭”。碳是一种很常见的元素，它以多种形式广泛存在于大气和地壳和生物之中。碳单质很早就被人认识和利用，碳的一系列化合物——有机物更是生命的根本。碳是生铁、熟铁和钢的成分之一。 碳能在化学上自我结合而形成大量化合物，在生物上和商业上是重要的分子。生物体内绝大多数分子都含有碳元素。

同位素

现代已知的同位素共有十五种，有碳8至碳22，其中碳12和碳13属稳定型，其余的均带放射性，当中碳14的半衰期长达5730年，其他的为稳定同位素。 在地球的自然界里，碳12在所有碳的含量占9893%，碳13则有107%。C的原子量取碳12、13两种同位素丰度加权的平均值，一般计算时取1201。碳12是国际单位制中定义摩尔的尺度，以12克碳12中含有的原子数为1摩尔。碳14由于具有较长的半衰期，衰变方式为β衰变，碳14原子转变为氮原子 且碳是有机物的元素之一，生物在生存的时候，由于需要呼吸，其体内的碳14含量大致不变，生物死去后会停止呼吸，此时体内的碳14开始减少。人们可透过倾测一件古物的碳14含量，来估计它的大概年龄，这种方法称之为碳定年法。

同素异形体

金刚石碳以无烟煤（一种煤炭类型），石墨和钻石的形式天然的存在，历史上更容易得到的是煤灰或木炭。最终这些不同的材料被认为是由相同的元素形成的。不惊奇的是，钻石是最难确认的。来自佛罗伦萨（意大利）的博物学者Giuseppe Averani和医学工作者Cipriano Targioni首先发现了钻石是可以被加热摧毁的。在1694年他们使用一个大型放大镜聚集阳光到钻石上，宝石最终消失了。Pierre-Joseph Macquer和Godefroy de Villetaneuse在1771年重复了这个实验。之后，在1796年，英国化学家Smithson Tennant展示其燃烧后生成的仅仅是CO2而最终证明了钻石只是碳的一种形式。（结构如图a）

你的问题就错了，碳只是一种元素，是一类原子的总称，所以不存在由什么构成。

正确的描述应该是：

碳单质是由什么构成的？原子还分子？

（一）先说，物质是由原子直接构成的，还是分子构成的，或者是离子构成的？

（下面没有注明的，默认为只考虑初中阶段的学习）。

（1） 原子直接构成的物质：内部是由化学键连接构成的一个巨大的整体，没有很小的重复单元（可以认为单一的一个原子是最小重复单元）。

常见的由原子直接构成的物质有：金属，稀有气体，某些固态非金属如C，Si ，以后判断一种物质是不是由原子直接构成，最直观的办法是看能不能用元素周期表中的单个元素符号直接表示该种物质，能直接用元素符号表示的就是原子直接构成的，反之，则不是。就是说原子直接构成的物质一定是单质，并且化学式没有下标数字，只有元素符号。（这里要提到P和S，这两种不是原子直接构成的，因为它们都是有最很小重复单元的，P真正的化学式是P4，P4是P的最小重复单元，就是说P单质是由无数个P4分子构成的饿，所以P是分子构成的。初中简写了，还有S真正的化学式是S2，S4，S8，等）

（只限初中，到高中有SiO2，它虽不是单质，并且有数字下标，但它还是原子直接构成的，与它内部结构有关，在这里就不解释了，高中会学）

（2）分子构成的物质：内部有最小的重复单元，最小重复单元是分子，物质是由无数个这些相同的最小重复单元通过分子间作用力构成的，这中分子间力很小，就是说由分子构成的物质并不是一个很牢固的整体，

（3）由离子构成的物质：内部没有重复的最小单元，本身是通过离子键连接成的一个整体，但是我们为了研究它的结构，往往会人为的划定出它的最小重复单元，就是晶胞。要注意的是它每个最小的重复单元内部是由离子键连接的，和分子晶体的共价键区别开，这就是为什么界定它是由离子都成的原因。在初中很难把它和分子构成的物质区别开，其实有一个很直观的判断方法，有金属元素或铵根离子的化合物就是离子构成的，没有这两种东西的物质就是分子构成的。（初中只考虑由原子直接构成的和由分子构成的物质，离子构成的暂时不考虑。这里就不赘述，高中具体介绍）

（二） 常见的碳单质有金刚石；石墨；无定形碳（有炭黑，活性炭，焦炭，木炭，但都是混合物，主要成分都是碳单质）；

这三大类碳单质的化学式都是C

（1）金刚石外观是正八面体，内部每个C原子都与其他4个C原子以共价键连接，不断向空间发展，形成立体的空间网状结构，所以金刚石是由原子直接构成的，内部是一个整体，最小重复单元是单一的一个C原子。

（2）石墨外观是细鳞片状的黑色固体，内部每个C原子与其他3个C原子以共价键连接（剩下一个自由电子导电，导热），形成六边形，以六边形的边不断向周围发展，形成一个巨大的平面网（有几万个，甚至几十万个C原子，不能算作是很小的重复单元），然后很多个这样的平面网之间通过分子间的范德华力（很小的作用力）吸引在一起，每个平面网相互平行的排布，形成石墨整体，石墨有滑腻感，用作铅笔就是每层之间的作用力太弱了，层与层容易分开，石墨没有最小的重复单元，每层可看作是一个巨大的整体，决定石墨性质的主要因素是每层的C原子的排布，所以认为石墨是原子直接构成的。

到高中，会认为石墨是混合浸提，就是说也同时考虑了石墨层与层之间的排布，这种情况，石墨既是：

原子晶体（由原子直接构成，主要是考虑了石墨每层的排布）；

也是分子晶体（由分子构成，主要是考虑石墨层与层之间的排布）；

还是金属晶体（主要是考虑石墨中每个C原子都有一个自由电子未成键，可以导电导热，性质和金属晶体相似）。

（3）无定形碳是混合物，其结构和石墨的结构很相似，初中不考虑，因为是混合物，如果一定要说它的结构的话，我认为是原子晶体，是由原子直接构成的。

（4） 还有新型的足球烯C60 ，是由分子构成的，因为C60是由60个C原子构成一个C60分子（不要以为这个分子很大，60个碳是一个很小的重复单元），然后无数个相同的C60分子构成C60这种物质，有最小的重复单元，所以是分子构成的。

所以，金刚石；石墨；无定形碳是由原子直接构成的；石墨也认为是混合晶体。C60是由分子构成的。

到此，我们还可以总结出一条：一种物质的化学式就是用其最小的重复单元表示的。

由原子直接构成的物质我们可以认为它也有最小重复单元，就是它本身单一的一个原子，比如Fe，C；

由分子构成的物质，它的最小重复单元是每个很小的分子，比如H2O，CO2，O2，C60

也就是为什么说可以认为能直接用元素符号表示的物质是由原子构成的，因为元素符号可以表示该种元素的一个原子，而原子构成的物质最小重复单元就是一个原子（当然就没有数字下标了），所以可以用元素符号表示该种物质的化学式了。这也解释了有些元素符号只能表示两种意思（该种元素，该种元素的一个原子），有些却可以表示三种意思（除前面两种，还可表示该种物质）。

现在，要判断一种物质是由什么构成的就很容易了，可以直接用元素符号表示的物质就是原子构成的，有金属元素或铵根离子的化合物就是离子构成的物质，其他的就是分子构成的物质。

一些题外的，供你在高中时备用：

（1）原子直接构成的物质并不是像前面所说的只能用元素符号表示，也就是说可以有数字下标，并不一定是单质，可以是化合物比如二氧化硅SiO2 。原子直接构成构成的并不一定是原子晶体，比如Fe（金属晶体）；稀有气体（分子晶体）；但原子晶体一定是由原子直接构成的。

（2）分子构成的一定是分子晶体；但分子晶体并不一定是由分子构成的，比如稀有气体（是原子直接构成的，但却是分子晶体）

（3）离子构成的一定是离子晶体；离子晶体一定是由离子构成的。

（4）有金属元素的化合物并不一定是离子构成的，比如AlCl3（分子晶体，是由2个AlCl3结合成二聚合态的共价型分子，再由无数个重复的二聚合态分子构成AlCl3这种物质）。

（5）没有金属元素的化合物可能是离子晶体，比如铵盐，NH4Cl（NH4+相当与金属阳离子）。

（6）有金属阳离子的不一定是离子晶体，比如Fe（内部是由无数个Fe阳离子聚集在一块，排列成晶格状，电子由于受到内部阳离子的吸引形成金属键，使得电子在这块的外围高速运转，决定了金属有导电导热的特性），金属都有金属阳离子，但都是金属晶体。

碳是一种很常见的元素，它以多种形式广泛存在于大气和地壳之中。碳单质很早就被人认识和利用，碳的一系列化合物——有机物更是生命的根本。碳是生铁、熟铁和钢的成分之一。碳能在化学上自我结合而形成大量化合物，在生物上和商业上是重要的分子。生物体内大多数分子都含有碳元素。