第四节 金刚石和石墨

自然界里含碳物质非常多，它们多数是一些复杂的物质，只有金刚石和石墨是由碳这一种成分组成的简单物质。

昂贵坚硬的金刚石

纯净的金刚石是一种无色透明的、正八面体形状的固体，密度是 3.51 克/厘米 3。自然界中的金刚石一般总含有一些杂质，因而带有各种颜色(见彩页图)，有的呈蓝色、粉红色，也有的呈绿色、棕褐色，有的甚至呈灰色和黑色。天然采集到的金刚石经过精雕细琢，便成了贵重的装饰品——钻石。光线照射到钻石上，被折射和散射，发出璀灿夺目的光彩。

在天然物质里，金刚石的硬度最大。金刚石一词的原意就是“最硬的”、“不可克服的”。因此，它可以装在钻探机的钻头上，钻凿坚硬的岩层，也可以用来加工金属材料和切割玻璃；在一些精密的仪器中，也常用金刚石做轴承的轴。

金刚石的熔点(＞3550℃)、沸点(4827℃)很高，是电的不良导体。

80 年代初，探明我国山东省是金刚石的重要产地之一。迄今为止，我国

最大的一颗金刚石是 1977 年在山东省临沭县岌山乡常林村发现的。

质软滑腻的石墨

石墨是一种深灰色的、有金属光泽而不透明的细鳞片状固体，密度是

2.25 克/厘米 3。

跟金刚石相反，石墨是自然界里最软的矿物之一。用石墨在纸上划过， 会留下深灰色的痕迹。铅笔芯就是用石墨粉和粘土混合制成的。用手触摸石墨有滑腻感，可以用它作润滑剂。由于石墨的熔点高，所以石墨润滑剂可以在不适宜用普通润滑剂的高温下使用。

图 1-6 石墨的导电性

［实验 1—7］将石墨棒或成的。用手触摸石墨有铅笔芯连接在电路中(图1—6)，接通直流电源后，可见到什么现象？这说明石墨具有什么特性？

灯泡发亮，说明石墨有优良的导电性能。干电池中的碳棒(正极)就是用石墨制成的。

石墨还具有优良的导热性，且熔点、沸点很高，化学性质稳定，因而可以用来制造石墨坩埚和化工生产上耐酸、耐碱的塔槽。

另外，像炭黑、木炭、活性炭、焦炭等常见物质，是由石墨的微小晶体和少量杂质组成的。

炭黑炭黑是一种非常细的黑色粉末。点燃油灯生成的烟炱，就是炭黑。某些含碳物质，如天然气、松枝等，在空气不足时燃烧便会产生炭黑。

我们使用的墨和墨汁的主要成分是炭黑。炭黑还可以用于制造油墨、油漆、鞋油和颜料等。炭黑作为橡胶制品的添加剂，能够增强其耐磨性。

木炭 木炭是一种黑色多孔的固体。在隔绝空气的条件下加热木材，可以制得木炭。

［实验 1—8］在充满红棕色二氧化氮气体的试管里，投入几小块刚加热过的木炭，用橡皮塞塞紧试管口并上下摇动试管，观察试管内气体颜色有什么变化？

［实验 1—9］按图 1—7 所示装置仪器。把品红水溶液从上部的漏斗注入，使其通过木炭层。观察从下端导管中流出的水的颜色。

因为木炭具有疏松多孔的结构，表面积很大，能把气体或溶液中的一些物质吸附在它的表面，这种作用叫做吸附作用。通过吸附作用，木炭吸附了试管中的有色气体和溶液中的色素，因此在实验中可观察到气体和溶液褪色的现象。

活性炭 活性炭是黑色粉末状或颗粒状的固体。把木炭在隔绝空气的情况下加强热，并不断通入水蒸气，便可制得活性炭。

图 1-7 木炭的吸附作用

活性炭具有比木炭更优良的吸附性能，可用来净化各种气体或液体。例如，活性炭可用作电冰箱的去味剂和制糖工业用的脱色剂。防毒面具的滤毒罐里盛装的活性炭，可吸附毒气，而使纯净的空气通过。

焦炭焦炭是一种浅灰色的多孔性固体，主要用作冶炼钢铁的燃料。碳的化学性质

金刚石和石墨都是由碳这一种基本成分组成的，因此它们具有相同的化学性质。

在常温下，碳的化学性质很稳定。

【想一想】年久的字画，纸都变黄了，但纸上的字画却没有发生变化， 这是为什么？

随着温度的升高，碳的化学活动性将大大增强，在高温下碳能够跟多种物质发生化学反应。

1.碳跟氧气的反应

［实验 1—10］把一小块木炭放在燃烧匙里，加热到红热，然后迅速插入盛有氧气的集气瓶中(图 1—8)，观察木炭在氧气中燃烧时，发生了什么现象？

图 1-8 木炭在氧气里燃烧

待木炭燃烧停止后，向瓶内倒入一些澄清的石灰水，稍加振荡，观察又有什么现象发生？

木炭在氧气中燃烧，比在空气里燃烧更剧烈。燃烧时发出明亮的白光并放出大量的热。生成的气体能使澄清的石灰水变浑浊，这种气体是二氧化碳。

碳在氧气中燃烧的化学反应可表示为： 碳+氧气二氧化碳

(C) (O2) (CO2) 2.碳跟氧化铜的反应

［实验 1—9］观察氧化铜和木炭粉的颜色和状态。

将干燥的氧化铜和木炭粉混合均匀。取适量混合物放入试管中，塞紧带导管的单孔橡皮塞，使导管的一端插入盛少量澄清石灰水的试管里。给盛有固体混合物的试管加热(图 1—9)，观察发生的现象。反应停止后，用弹簧夹夹住橡皮管。待试管冷却，再取出试管里的固体物质，观察它的颜色和状态。

图 1-9 木炭跟氧化铜反应

【议一议】上述实验所得到的红色的固体是什么物质？澄清的石灰水为什么变浑浊？在加热的条件下，木炭中的碳跟氧化铜发生化学反应，生成红色的铜和二氧化碳，并放出热量。该化学反应可表示如下：

氧化铜+碳铜+二氧化碳(CuO) (C) (Cu) (CO2)