金刚石和石墨

钻石和石墨都是碳元素的结晶形式。基于这一事实，人们会认为它们在很多方面都是相似的。但实际上它们是非常不同的。这突出了有关晶体的一些重要事实。

金刚石和石墨都具有非常简单的化学成分；它们都是纯碳。然而，钻石是人类已知的最坚硬的矿物（第 10莫氏量表)，而石墨是最软的一种（莫氏硬度小于 1）。因此，金刚石是终极磨料，而石墨是极好的润滑剂。金刚石是电绝缘体，而石墨是良好的电导体。金刚石通常是透明的，但石墨是不透明的。

金刚石和石墨结构

钻石显然比石墨更有价值。石墨非常便宜，可以用来制作铅笔芯。尽管如此，石墨在许多方面都与钻石一样有趣。石墨是用于制造汽车、飞机、高科技高尔夫球杆杆身和网球拍的复合材料的高强度成分。

但是为什么金刚石那么硬而石墨那么软呢？还有，如果石墨那么软，怎么能用作高尔夫球杆杆身和飞机的高科技材料呢？

答案在于金刚石和石墨的不同原子结构。石墨以层或片的形式形成，其中碳原子在同一平面或层上具有强键，但与上层或下层只有弱键。另一方面，钻石中的碳原子在三个维度上具有强键。在钻石中，原子非常紧密地排列在一起，每个原子都与其他四个碳原子相连，使其在三个维度上具有非常坚固和刚性的结构。

在石墨的情况下，只有石墨层之间的结合较弱。这意味着，当这些层或片材卷成纤维，并将这些纤维捻成线时，粘合的真实强度就变得明显了。螺纹被模压成型并通过粘合剂（例如环氧树脂）固定在适当的位置。所得复合材料具有任何材料中最高的强度重量比。

金刚石和石墨之间的差异突出了晶体结构对宝石特性的重要性。例如，所有具有立方晶系、晶体结构完全对称的宝石都具有重要的共同特性。立方固体以相同的速度向所有方向折射光。所以即使钻石，石榴石和尖晶石有完全不同的化学成分，它们都是单折射因为它们的晶体结构相似。其他不太对称的晶体组是双折射，包括斜方晶系、单斜晶系和三斜晶系，所有这些都具有特定的内部对称性和轴，这些对称性和轴决定了光线在进入晶体时如何弯曲。