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概述
碳的同素异形体
概述
data/attachment/portal/201111/06/092637mdtp1bo221o1tmn7.jpg同素异形体是相同元素构成,不同形态的物体
同素异形体由于结构不同，彼此间物理性质有差异；但由于是同种元素形成的，所以化学性质相似。
例如氧气是没有颜色、没有气味的气体，而臭氧是淡蓝色、有鱼腥味的气体；氧气的沸点-183℃，而臭氧的沸点-111．5℃；氧气比臭氧稳定，没有臭氧的氧化性强等。一定要是单质.比如氧气和臭氧,一个是O2一个是O3
金刚石和石墨,都是碳
同素异形体之间的转化属于化学变化。
同素异形体的形成方式有三种：
1．组成分子的原子数目不同，例如：氧气O2和臭氧O3
2．晶格中原子的排列方式不同，例如：金刚石和石墨
3．晶格中分子排列的方式不同，例如：正交硫和单斜硫
碳的同素异形体
（1）碳的同素异形体有金刚石、石墨和碳60等富勒烯，它们的不同性质是由微观结构的不同所决定的。
金刚石呈正四面体空间网状立体结构，碳原子之间形成共价键。当切割或熔化时，需要克服碳原子之间的共价键，金刚石是自然界已经知道的物质中硬度最大的材料，它的熔点高。上等无暇的金刚石晶莹剔透，折光性好，光彩夺目，是人们喜爱的饰品，也是尖端科技不可缺少的重要材料。颗粒较小、质量略为低劣的金刚石常用在普通工业方面，如用于制作仪器仪表轴承等精密元件、机械加工、地质钻探等。钻石在磨、锯、钻、抛光等加工工艺中，是切割石料、金属、陶瓷、玻璃等所不可缺少的；用金刚石钻头代替普通硬质合金钻头，可大大提高钻进速度，降低成本；镶嵌钻石的牙钻是牙科医生得心应手的工具；镶嵌钻石的眼科手术刀的刀口锋利光滑，即使用1000倍的显微镜也看不到一点缺陷，是摘除眼睛内白内障普遍使用的利器。金刚石在机械、电子、光学、传热、军事、航天航空、医学和化学领域有着广泛的应用前景。
石墨是片层状结构，层内碳原子排列成平面六边形，每个碳原子以三个共价键与其它碳原子结合，同层中的离域电子可以在整层活动，层间碳原子以分子间作用力（范德华力）相结合。石墨是一种灰黑色、不透明、有金属光泽的晶体。天然石墨耐高温，热膨胀系数小，导热、导电性好，摩擦系数小。石墨被大量用来做电极、坩埚、电刷、润滑剂、铅笔等。具有层状结构的石墨在适当条件下使某些原子或基团插入层内与C原子结合成石墨层间化合物。这些插入化合物的性质基本上不改变石墨原有的层状结构，但片层间的距离增加，称为膨胀石墨，它具有天然石墨不具有的可绕性，回弹性等，可作为一种新型的工程材料，在石油化工、化肥、原子能、电子等领域广泛应用。
（2）碳60
1985年，美国德克萨斯洲罗斯大学的科学家们制造出了第三种形式的单质碳C60，C60是由60个碳原子形成的封闭笼状分子，形似足球，C60为黑色粉末，易溶于二硫化碳、苯等溶剂中。人们以建筑大师B.富勒的名字命名了这种形式的单质碳，称为富勒烯（fullarene）。这是因为富勒设计了称为球状穹顶的建筑物，而某些富勒烯的结构正好与其十分相似。C60曾又被称足球烯、巴基球等，它属于球碳族，这一类物质的分子式可以表示为Cn，n为28到540之间的整数值，有C50、C70、C84、C240等，在这些分子中，碳原子与另外三个碳原子形成两个单键和一个双键，它们实际上是球形共扼烯。
富勒烯分子由于其独特的结构和性质，受到了广泛的重视。人们发现富勒烯分子笼状结构具有向外开放的面，而内部却是空的，这就有可能将其他物质引入到该球体内部，这样可以显著地改变富勒烯分子的物理和化学性质。例如化学家已经尝试着往这些中空的物质中加进各种各样的金属，使之具有超导性，已发现C60和某些碱金属化合得到的超导体其临界温度高于近年研究过的各种超导体，科学家预言C540有可能实现室温超导；也有设想将某些药物置入C60球体空腔内，成为缓释型的药物，进入人体的各个部位。在单分子纳米电子器件等方面有着广泛的应用前景，富勒烯已经广泛地影响到物理、化学、材料科学、生命及医药科学各领域。
（3）碳纳米管
碳纳米管可分单层及多层的碳纳米管，它是由单层或多层同心轴石墨层卷曲而成的中空碳管，管直径一般为几个纳米到几十个纳米，多层碳纳米管是管壁的石墨层间距为0.34纳米，与平面石墨层的间距一样，不论是单层还是多层碳纳米管，前后末端类似半圆形，结构基本上与碳六十相似，使整个碳管成为一个封闭结构，故纳米碳管也是碳簇的成员之一。碳纳米管非常微小，5万个并排起来才有人的一根头发丝宽，是长度和直径之比很高的纤维。
碳纳米管强度高具有韧性、重量轻、比表面积大，性能稳定，随管壁曲卷结构不同而呈现出半导体或良导体的特异导电性，场发射性能优良。自1991年单层碳纳米管的发现和宏观量的合成成功以来，由于具有独特的电子结构和物理化学性质，碳纳米管在各个领域中的应用已引起了各国科学家的普遍关注，已成为富勒烯和纳米科技领域的研究热点。
利用碳纳米管可以制成高强度碳纤维材料和复合材料，如其强度为钢的100倍，重量则只有钢的1/6，被科学家称为未来的“超级纤维”；在航天事业中，利用碳纳米管制造人造卫星的拖绳，不仅可以为卫星供电，还可以耐受很高的温度而不会烧毁；用金属灌满碳纳米管，然后把碳层腐蚀掉，还可以得到导电性能非常好的纳米尺度的导线；利用碳纳米管做为锂离子电池的正极和负极材料可以延长电池寿命，改善电池的充放电性能；利用碳纳米管制成极好的发光、发热、发射电子的准点光源，制成平面显示器等，使壁挂电视成为可能；在电子工业上、用碳纳米管生产的晶体管，体积只有半导体的1/10，用碳基分子电子装置取代电脑芯片，将引发计算机的新的革命；碳纳米管可以在较低的气压下存储大量的氢元素，利用这种方法制成的燃料不但安全性能高，而且是一种清洁能源，在汽车工业将会有广阔的发展前景；碳纳米管还可作为催化剂载体和膜材料。