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碳在周期表里位于第2周期ⅣA族(第14列),它有4个价电子,电负性中等,它不容易丢失电子成正离子,也不容获得电子成负离子,而容易形成各式各样的共价键。碳单质有3种同素异形体。金刚石 碳原子的4个价电子,按四面体的4个顶点方向和其他4个碳原子以C-C共价键结合,形成无限的三维骨架。两个碳原子核间距离(即C-C键长)为154pm(1.54×10-8cm=1.45 )。金刚石 的三维结构在各个方向都有很高的强度,在天然产物中它的硬度最高,在单质中它的熔点最高,并且不导电。石墨 每个碳原子都按平面正三角形方向和其他3个碳原子以共价键结合,形成一个六角形平面层。C-C键长为142pm,在垂直于层的方向上,还有一个价电子以π键(见第3章)的方式将无数的平面层连结在一起,层间距为340pm。层间价电子活动比较自由,石墨的导电性、滑动性都与此结构状态有关。做铅笔芯的并不是铅而是石墨,但铅笔这个名词已沿用至今。石墨和金刚石都是碳元素的单质,由于结构不同,性质差别很大,但在一定的条件下,石墨可以变为人造金刚石,但变化条件相当苛刻——2000℃以上,1500MPa。自然界中金刚石储量不多,而新科技对这样坚硬的材料需求日益增长,促使人们进行人造金刚石的研究,并随此发展了高温高压技术。球碳 1985年以来化学家和物理学家合作,发现了碳的第3种单质— < 1 > < 2 >
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