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金剛石、石墨都是碳元素組成的單質(zhì)。由于碳原子的排列方式不同，導(dǎo)致金剛石和石墨的物理性質(zhì)存在很大差異。碳原子（carbon）的化學(xué)符號(hào)是：C，元素原子量：12.011，質(zhì)子數(shù)：6，原子序數(shù)：6。

金剛石結(jié)構(gòu)的原型是金剛石晶體，又稱鉆石。在金剛石晶體中，每個(gè)碳原子都以SP3雜化軌道與另外4個(gè)碳原子形成共價(jià)鍵，構(gòu)成正四面體。由于金剛石中的C-C鍵很強(qiáng)，所以金剛石硬度大，熔點(diǎn)極高；又因?yàn)樗械膬r(jià)電子都被限制在共價(jià)鍵區(qū)域，沒有自由電子，所以金剛石不導(dǎo)電。

石墨是原子晶體、金屬晶體和分子晶體之間的一種過渡型晶體。在晶體中同層碳原子間以sp2雜化形成共價(jià)鍵，每個(gè)碳原子與另外三個(gè)碳原子相聯(lián)，六個(gè)碳原子在同一平面上形成正六邊形的環(huán)，伸展形成片層結(jié)構(gòu)。

在同一平面的碳原子還各剩下一個(gè)p軌道，它們互相重疊，形成離域的π鍵電子在晶格中能自由移動(dòng)，可以被激發(fā)，所以石墨有金屬光澤，能導(dǎo)電、傳熱。由于層與層間距離大，結(jié)合力（范德華力）小，各層可以滑動(dòng)，所以石墨的密度比金剛石小，質(zhì)軟并有滑膩感。