碳的同素异形体介绍(定义 包含种类)

生活中的应用(钻石及石墨 不定形碳及碳纳米管 富勒烯)

碳的同素异形体介绍

定义

碳同素异形体指的是元素碳的同素异形体，即纯碳元素所能构成的各种不同的分子结构。

包含种类

*石墨

*钻石（金刚石）

*富勒烯（Fullerenes，也被称为巴基球或足球烯）

*无定形碳（Amorphous，不是真的异形体,内部结构是石墨）

*碳纳米管（Carbon nanotube）

*蓝丝黛尔石（Lonsdaleite，与钻石有相同的键型，但原子以六边形排列，也被称为六角金刚石）

*赵石墨（Chaoite，石墨与陨石碰撞时产生，具有六边形图案的原子排列）

*汞黝矿结构（Schwarzite，由于有七边形的出现，六边形层被扭曲到“负曲率”鞍形中的假想结构）

*纤维碳（Filamentous carbon，小片堆成长链而形成的纤维）

*碳气凝胶（Carbon aerogels，密度极小的多孔结构，类似于熟知的硅气凝胶）

*碳纳米泡沫（Carbon nanofoam，蛛网状，有分形结构，密度是碳气凝胶的百分之一，有铁磁性）

最常见的两种单质是高硬度的钻石和柔软滑腻的石墨，它们晶体结构和键型都不同。金刚石每个碳都是四面体4配位，类似脂肪族化合物；石墨每个碳都是三角形3配位，可以看作无限个苯环稠合起来。

碳同素异形体系统横跨完全极端且十分不同的范围。

生活中的应用

钻石及石墨

* 钻石是人类已知最硬的矿石；石墨却是最软的矿石之一。

* 钻石是终极的研磨剂；石墨却是非常好的润滑剂。

* 钻石是一流的绝缘体；石墨却是良导体。

* 钻石通常是透明的；石墨却是不透光的。

* 钻石的结晶是立方晶系；石墨却是六方晶系。

* 钻石的价值昴贵；石墨却是普通。

不定形碳及碳纳米管

* 不定形碳是最容易合成的材料之一；碳纳米管却需极端高昴的成本才能制得。

* 不定形碳是完全等方向（isotropic）扩展的材料；碳纳米管却是只有一个方向前后延伸的非等方向（anisotropic）材料。

富勒烯

(详见词条富勒烯)

C60分子具有芳香性，溶于苯呈酱红色。可用电阻加热石墨棒或电弧法使石墨蒸发等方法制得。C60有润滑性，可能成为超级润滑剂。金属掺杂的C60有超导性，是有发展前途的超导材料。C60还可能在半导体、催化剂、蓄电池材料和药物等许多领域得到应用。C60分子可以和金属结合，也可以和非金属负离子结合。当碱金属原子和C60结合时，电子从金属原子转到C60分子上，可形成具有超导性能的MxC60，其中M为K，Rb,Cs；x为掺进碱金属原子的数目。K3C60在18K以下是超导体，在18K以上是导体，掺进原子数可达6个，K6C60是绝缘体。C60是既有科学价值又有应用前景的化合物，在生命科学、医学、天体物理等领域也有定的意义。富勒烯的成员还有C78、C82、C84、C90、C96等也有管状等其他形状。