鑽石恆久遠、一顆永流傳。可能很多小夥伴都會好奇，同樣是碳元素組成的，為什麼鑽石就是透明的，而石墨卻是黑的呢？原因是它們的微觀結構不同導致的。具體原因且聽老郭為您細細道來。
圖1 透明材料一、什麼是透明？
我們在日常生活中遇到的透明物質也是有不少的，空氣、玻璃、水晶、鑽石、水、某些樹脂材料等等都能透光，甚至是一些很薄的紙張也是能透光的。我們看到，其實所謂的透明就是透光，光可以從物質的一個表面進入，從與這個表面平行的另外一個面透出的現象這就是透明。
圖2 顆粒透明材料堆積後不透明二、透明的物質不論什麼狀態都透明嗎？
答案是否定的。首先拿玻璃來說，玻璃是我們日常都非常常見的透明物質，但實際上，我們真正接觸的玻璃，在平時的應用當中，也就是幾毫米的厚度，100毫米的玻璃磚都是很少見的。如果我們把玻璃碾碎成為玻璃渣，我們會發現玻璃就不透明了。其次，我們再來說說水。從超市裡面買回來的純淨水和礦泉水都是清亮透明的，我們捧起一捧海水也是如此（有泥沙的除外）。然而我們都知道，在海洋300米以下除了微弱的藍光，基本上就沒有光線了。同樣，在大霧天（空氣充滿了小水滴）能見度很差，我們的視野看不了多遠的距離。
圖3 漆黑的深海海底三、透光和不透光的科學原理
我們小結前面的分析可以看出，一個物體是不是透光，跟它的組成材料，形狀、狀態和透光的厚度等物理參數有關。那麼這裡面是不是有什麼科學道理呢？是有的，由於光具有波粒二象性，透光的科學原理可以從波動性和粒子性兩個角度給出說明。
圖4 前進中的水波第一、透明的科學原理
從波動性的角度來說，透光物質的分子一般都比較小，分子間的間距都比較大。這種情況下，光波可以輕鬆繞過阻擋它前進的分子，就像湖水中的一個小物體不能阻擋水面波動的傳播是一個道理的。
從量子力學的角度來說，空隙很大，絕大部分光線可以輕鬆穿過，沒有阻擋。這就像是兩個人在操場上相向跑步，他們是很難撞在一起的，因為太開闊了。但如果這兩個人是在一個狹窄的胡同裡相向而行，那撞上的機率就大。
圖5 鑽石第二、不透明的科學原理
前面提到的海底過了300米深度就基本上不透光了，這是因為，光在前進的過程中遇到的物質實在是太多了，雖然一點點的繞射能量損失沒有什麼，但是經過不斷的積累，達到一定深度的時候光線基本上都被海水吸收完畢。所以300米下的海水是漆黑一片的。那種透明的薄紙也是這個道理，雖然透明度沒有玻璃高，但是一張紙的透明效果還是不錯的。如果我們把這種薄紙疊加起來，一張、兩張……十張呢？我們就會發現，不透明了。
大霧和碎玻璃不透明又是個什麼情況呢？其實這是因為不論是大霧還是碎玻璃，已經不是一整塊的物體了在這些碎片之間還有空氣這個介質。光線在通過不同介質的時候會發生折射和反射，由於碎片是大量的雜亂無章的，所以光線就會在這些界面上不斷地發生折射和反射，光程增加，反射面增加，最後光被碎玻璃或者是小水滴完全吸收，所以它們就不透明了。
圖6 鑽石的分子結構四、為什麼鑽石透光而石墨是黑的
我們前面鋪墊了那麼多，就是為了說明金剛石和石墨為什麼透光性不同。這兩種物質分別是碳元素的同素異構體，金剛石的碳原子呈現出空間正四面體結構，而石墨是片層結構。我們對照前面的分析就可以知道，碳原子的直徑為：91pm(10^-12米)，金剛石碳原子間距為：0.1544nm，碳原子之間以共價鍵結合，可見光的波長在380～780納米。對於可見光來說，金剛石中的碳原子就是阻擋在它前進的路上的一些小點點，相當於前進的水波遇到了一些灰塵的阻擋。光波是可以輕鬆繞射的，每一個碳原子對光波的能量損耗極低。
圖7 石墨的分子結構對於石墨來說，它是片層結構的，同層的碳原子以sp2雜化形成共價鍵，每一個碳原子以三個共價鍵與另外三個原子相連，實際上每一層都是無限延展的π共軛體系，這種體系對各種波長的光都能吸收，光線在穿透一層層的石墨的過程中不斷被石墨不同的層級表面吸收再吸收，所以導致石墨不反射任何可見光，也就是黑色。
說到這裡，我們不能不提一句石墨烯這種材料，因為最近幾年它實在是太火了。其實石墨烯也是石墨的一種，只不過它是更薄的石墨，甚至是只由一層碳原子結構組成的薄膜，它的透光率也是很高的，畢竟只有一層原子，它的吸收能力有限。但如果我們把很多層石墨烯疊加在一起，它也會跟石墨一樣是黑色的。
關於金剛石（鑽石）為什麼透光，而同樣是碳元素組成的石墨卻不透光的科學原理就介紹到這裡了，小夥伴們，你們弄明白了嗎？
感謝各位小夥伴閱讀我的文章，我將持續為大家提供更多優質的科學內容。