石墨变成金刚石是化学变化,因为石墨和金刚石是结构不同的两类物质,化学键的结合情况是不一样的。相互之间转变一定涉及化学键的断裂和形成。
石墨如何变成金刚石
高温高压下改变原子排列,可以使石墨变成金刚石。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。
石墨在高温高压的状态下是可以变成金刚石的,但只是吸热是变不成金刚石的。1938年学者罗西尼通过热力学计算,奠定了合成金刚石的理论基础,算出要使石墨变成金刚石,至少要在15000个大气压、摄氏1500度的高温条件下才可以,到50-60年代建成了能达到上述条件的仪器装置。
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。
什么是石墨
天然石墨,顾名思义就是自然界天然形成的石墨,一般以石墨片岩、石墨片麻岩、含石墨的片岩及变质页岩等矿石出现。
隐晶石墨也称土状石墨或无定形石墨,隐晶质石墨矿石中,石墨晶体直径小于1μm,呈微晶的集合体,在电子显微镜下才能见到晶形;矿石品位高,但可选性差;与石墨伴生的矿物常有石英、方解石等;矿石呈微细鳞片-隐晶质结构,块状或土状构造。
隐晶质石墨主要用于铅笔、电池、焊条、石墨乳剂、石墨轴承的配料及电池碳棒的原料等;无铁要求的隐晶质石墨主要用于铸造材料、耐火材料、染料及电极糊等原料。
什么是金刚石
金刚石是一种由碳元素组成的矿物,与石墨互为同素异形体,主要分为天然金刚石和人造金刚石两类。碳原子之间以sp3杂化轨道键合形成的立方晶系晶体,为无色透明、高压稳定的超硬材料,与石墨一起构成了碳的代表性同素异形体。
其具有较稳定的化学性质,拥有超常的硬度、较好的折射率和耀眼的色彩等特点。可由静态法、动压法、化学气相沉积法等制得人造金刚石。金刚石已广泛应用于机械工业、光学、电子学、珠宝等领域。
石墨比金刚石更稳定的原因
1、从分子结构上说,石墨是平面六边形,而金刚石是立体网状,只能说金刚石的物理性稳定,也就是说,金刚石比石墨要硬,但是具体到每一个晶块的话,石墨的六边形要稳定。
2.从能量的角度看,研究表明同素异形体中,能量越低越稳定。金刚石在一定条件下可以变为石墨,说明金刚石的能量比石墨的能量高,由此可得石墨的键能比金刚石大,所以石墨比金刚石稳定。