碳家族有很多成員,其中金剛石、石墨、C60是我們常見的幾位成員。
金剛石俗稱「金剛鑽」。也就是我們常說的鑽石的原身,它是一種由碳元素組成的礦物。金剛石是目前在地球上發現的眾多天然存在物質中最堅硬的物質。金剛石的用途非常廣泛,例如:工藝品、工業中的切割工具,也是貴重的寶石。
金剛石有各種顏色,從無色到黑色都有,以無色的為最佳。它們可以是透明的,也可以是半透明或不透明。許多金剛石帶些黃色,這主要是由於金剛石中含有雜質。 金剛石的折射率非常高,色散性能也很強,這就是金剛石為什麼會反射出五彩繽紛的光。金剛石原生礦僅產出於金伯利巖或少數鉀鎂煌斑巖中。金伯利巖等是它們的母巖,其他地方的金剛石都是被河流、冰川等搬運過去的。金剛石一般為粒狀。
石墨是也碳元素的一種同素異形體,石墨質軟,黑灰色,有油膩感。在隔絕氧氣條件下,其熔點在3000℃以上,是最耐溫的礦物之一。石墨能導電、導熱。所以石墨在生活和生產中用途廣泛,是良好的作耐火材料、導電材料、潤滑材料,,可作鉛筆芯、顏料、拋光劑,電極等,比如工業電解冶煉鋁的時候就是用石墨做電極的。
石墨和金剛石的性質差別很大,但人們已經能夠用人工合成方法來用石墨獲取金剛石。石墨在5-6萬大氣壓及攝氏1000至2000度高溫下,再用金屬鐵、鈷、鎳等做催化劑,可轉變成金剛石粉末。世界上已有十幾個國家(包括我國)均合成出了金剛石。但這種金剛石因為顆粒很細,主要用途是做磨料,用於切削和地質、石油的鑽井用的鑽頭。當前,世界金剛石的消費中,80%的人造金剛石主要是用於工業,它的產量也遠遠超過天然金剛石的產量。
C60是一種由60個碳原子構成的分子,形似足球,又名足球烯。C60是由碳原子結合形成的穩定分子,它具有60個頂點和32個面,其中12個為正五邊形,20個為正六邊形。其相對分子質量約為720。C60在室溫下為紫紅色固體,有微弱螢光。C60具有金屬光澤,有許多優異性能,如超導、強磁性、耐高壓、抗化學腐蝕等,在光、電、磁等領域有潛在的應用前景,比如在超分子研究或納米材料研究中經常利用的內空球體結構開發特殊功能材料。C60的結構使其具有特殊的穩定性。在分子水平上,單個C60分子是異常堅硬的,這使得C60可能成為高級潤滑劑的核心材料。C60分子一出世,就有人提議用它來作「分子滾珠」,製成潤滑劑。將C60完全氟化得到的C60F60是一種超級耐高溫材料,這種白色粉末狀物質是比C60更好的優良潤滑劑,可廣泛應用於高技術領域。
對外經貿大學附中 劉煥新 荊連有
審核:李繼良
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(作者:科普中國責任編輯:天極科普君)
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