Сравнение алмаза и графита

Алмаз и графит – это две аллотропные модификации углерода, то есть, они состоят из одних и тех же атомов углерода, но имеют разную кристаллическую структуру, что обуславливает их совершенно разные физические свойства.

Общие черты:

Химический состав: Оба состоят только из атомов углерода (C). Горение: Оба вещества горят в кислороде с образованием углекислого газа (CO2).

Различия:

Характеристика	Алмаз	Графит
Кристаллическая структура	Тетраэдрическая: каждый атом углерода связан ковалентными связями с четырьмя другими атомами, образуя трехмерную кристаллическую решетку.	Слоистая: атомы углерода связаны в гексагональные слои, а между слоями действуют слабые межмолекулярные силы Ван-дер-Ваальса.
Тип связи	Ковалентная	Ковалентная (внутри слоя), межмолекулярное взаимодействие (между слоями)
Твердость	Очень высокая (10 по шкале Мооса) — самый твердый из известных природных материалов.	Очень низкая (1-2 по шкале Мооса) — легко расслаивается и оставляет след на бумаге.
Цвет	Бесцветный или окрашенный в разные цвета (желтый, коричневый, голубой, розовый и др.)	Серый или черный.
Прозрачность	Прозрачный (в идеальном состоянии)	Непрозрачный.
Электропроводность	Практически не проводит электрический ток (диэлектрик).	Хорошо проводит электрический ток (полуметалл).
Теплопроводность	Очень высокая.	Низкая (анизотропная — вдоль слоев проводит лучше, чем перпендикулярно).
Плотность	Высокая (3,51 г/см³)	Низкая (2,26 г/см³)
Блеск	Сильный, алмазный.	Металлический или матовый.
Применение	* Ювелирные изделия* Абразивные материалы* Режущие инструменты* Буровые коронки* В электронике (в качестве теплоотводов)	* Грифели для карандашей* Смазки* Электроды* В производстве огнеупоров* В электронике (в качестве наполнителя для композитов)

Более детальное объяснение различий:

Кристаллическая структура: Именно различие в кристаллической структуре является ключевым фактором, определяющим все остальные различия в свойствах алмаза и графита.
В алмазе каждый атом углерода образует прочные ковалентные связи с четырьмя соседними атомами, расположенными в вершинах тетраэдра. Это создает прочную и жесткую трехмерную решетку, которая обеспечивает исключительную твердость алмаза. В графите атомы углерода образуют гексагональные слои, в которых атомы связаны прочными ковалентными связями. Однако между слоями действуют слабые силы Ван-дер-Ваальса, что позволяет слоям легко скользить относительно друг друга. Это объясняет мягкость графита и его способность оставлять след на бумаге.

Твердость: Твердость алмаза обусловлена прочной трехмерной ковалентной связью между всеми атомами углерода в кристаллической решетке. Для разрушения алмаза необходимо разорвать эти прочные связи, что требует больших усилий. Мягкость графита обусловлена слабыми связями между слоями. При письме слои графита легко отделяются друг от друга и остаются на бумаге. Электропроводность: Алмаз не проводит электрический ток, так как все валентные электроны углерода участвуют в образовании ковалентных связей и не могут свободно перемещаться по кристаллической решетке. Графит проводит электрический ток благодаря наличию делокализованных π-электронов в гексагональных слоях. Эти электроны могут свободно перемещаться вдоль слоев, обеспечивая электропроводность. Теплопроводность: Алмаз обладает очень высокой теплопроводностью благодаря высокой скорости распространения колебаний атомов углерода в прочной кристаллической решетке. Графит имеет низкую теплопроводность в направлении, перпендикулярном слоям, из-за слабого взаимодействия между слоями. Вдоль слоев теплопроводность графита выше, но все равно ниже, чем у алмаза. Плотность: Более высокая плотность алмаза обусловлена более компактной упаковкой атомов углерода в его кристаллической решетке по сравнению с графитом.

В заключение:

Алмаз и графит — яркий пример того, как разная организация атомов одного и того же элемента может привести к совершенно разным свойствам вещества. Алмаз, благодаря своей прочной трехмерной решетке, является самым твердым из известных природных материалов и обладает высокой теплопроводностью, что делает его ценным в ювелирном деле и промышленности. Графит, благодаря своей слоистой структуре, обладает мягкостью и электропроводностью, что делает его незаменимым в производстве карандашей, смазок и электродов.