金剛(gang)石晶(jing)瑩美麗，光彩奪目(mu)，是自然界最硬的(de)礦石。在所有物質(zhi)中(zhong)，它的(de)硬度(du)極高。測定(ding)物質(zhi)硬度(du)的(de)刻畫法規定(ding)，以金剛(gang)石的(de)硬度(du)為10來度(du)量其它物質(zhi)的(de)硬度(du)。例如(ru)Cr的(de)硬度(du)為9、Fe為4.5、Pb為1.5、鈉為0.4等。在所有單質(zhi)中(zhong)，它的(de)熔點(dian)極高，達3823K。

　　金(jin)剛石晶體(ti)屬立方(fang)晶系，是(shi)典型的(de)原(yuan)子晶體(ti)，每個碳原(yuan)子都以sp3雜化軌(gui)道(dao)與另(ling)外四個碳原(yuan)子形(xing)成共價鍵(jian)，構(gou)成正(zheng)四面體(ti)。這是(shi)金(jin)剛石的(de)面心(xin)立方(fang)晶胞的(de)結構(gou)。

　　由于(yu)金剛石晶(jing)體中(zhong)C—C鍵很強(qiang)，所有(you)價電子(zi)都(dou)參(can)與(yu)了共價鍵的形成，晶(jing)體中(zhong)沒(mei)有(you)自(zi)由電子(zi)，所以金剛石不僅硬度大，熔點高，而(er)且不導電。

　　室(shi)溫下，金剛(gang)石對所有(you)的化學試劑都顯惰性，但在空氣中加熱到1100K左右(you)時能燃燒成CO2。

　　金剛石俗稱鉆(zhan)石，除用(yong)作(zuo)裝飾品外，主要(yao)用(yong)于(yu)制造鉆(zhan)探用(yong)的鉆(zhan)頭和磨(mo)削工具(ju)，是重要(yao)的現代工業原料，價格十分昂貴。

　　石墨

　　石(shi)墨烏黑(hei)柔軟(ruan)，是世(shi)界上最軟(ruan)的(de)礦石(shi)。石(shi)墨的(de)密(mi)度比(bi)金剛石(shi)小(xiao)，熔點(dian)比(bi)金剛石(shi)僅(jin)低50K，為3773K。

　　在石墨晶體中(zhong)(zhong)，碳(tan)(tan)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)以sp2雜(za)化軌道和(he)鄰近的(de)三個(ge)(ge)碳(tan)(tan)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)形成(cheng)共價單鍵，構成(cheng)六角平面(mian)的(de)網狀(zhuang)結構，這(zhe)些網狀(zhuang)結構又連成(cheng)片層(ceng)結構。層(ceng)中(zhong)(zhong)每(mei)個(ge)(ge)碳(tan)(tan)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)均剩(sheng)余一(yi)個(ge)(ge)未(wei)(wei)參(can)加(jia)sp2雜(za)化的(de)p軌道，其中(zhong)(zhong)有一(yi)個(ge)(ge)未(wei)(wei)成(cheng)對(dui)的(de)p電(dian)子(zi)，同一(yi)層(ceng)中(zhong)(zhong)這(zhe)種(zhong)碳(tan)(tan)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)中(zhong)(zhong)的(de)m電(dian)子(zi)形成(cheng)一(yi)個(ge)(ge)m中(zhong)(zhong)心m電(dian)子(zi)的(de)大∏鍵(鍵)。這(zhe)些離域(yu)電(dian)子(zi)可以在整(zheng)個(ge)(ge)兒(er)碳(tan)(tan)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)平面(mian)層(ceng)中(zhong)(zhong)活動(dong)，所(suo)以石墨具有層(ceng)向的(de)良好導電(dian)導熱性質。

　　石墨(mo)的層(ceng)(ceng)與(yu)層(ceng)(ceng)之間是(shi)以分子間力結合起來的，因此石墨(mo)容易沿(yan)著與(yu)層(ceng)(ceng)平行的方向滑動、裂開。石墨(mo)質軟(ruan)具有(you)潤滑性。

　　由(you)于(yu)石(shi)墨(mo)層中有自由(you)的(de)電子存在，石(shi)墨(mo)的(de)化(hua)學(xue)性質比金(jin)剛石(shi)稍顯活(huo)潑。

　　由于石墨(mo)能導電，有具(ju)有化(hua)學惰(duo)性，耐高溫(wen)(wen)，易于成(cheng)型和(he)機械加(jia)工(gong)，所以石墨(mo)被大量用來制作(zuo)電極、高溫(wen)(wen)熱電偶、坩(gan)堝、電刷、潤滑劑和(he)鉛筆芯(xin)。

　　碳六十

　　20世紀80年代中期，人(ren)們發(fa)現了碳元素的第(di)三種(zhong)同素異形體——C60。

　　碳六十的(de)發現和結構特點

　　1996年10月7日，瑞(rui)典(dian)皇家(jia)科學院(yuan)決定把1996年諾貝爾化(hua)學獎授予RobertFCurl，Jr(美(mei)(mei)國)、HaroldWKroto(英國)和RichardESmalley(美(mei)(mei)國)，以表彰他(ta)們發(fa)現C60。

　　1995年(nian)9月初，在(zai)美國得克薩斯州Rice大(da)(da)學的(de)Smalley實驗室里，Kroto等為了(le)模(mo)擬(ni)N型紅(hong)巨(ju)星附近大(da)(da)氣中的(de)碳(tan)原子(zi)簇(cu)的(de)形成過程，進行了(le)石墨(mo)的(de)激光氣化實驗。他們從(cong)所得的(de)質譜(pu)圖中發現(xian)存(cun)在(zai)一系列由偶數個(ge)碳(tan)原子(zi)所形成的(de)分子(zi)，其中有(you)一個(ge)比其它峰(feng)強(qiang)度大(da)(da)20~25倍的(de)峰(feng)，此峰(feng)的(de)質量數對應于(yu)由60個(ge)碳(tan)原子(zi)所形成的(de)分子(zi)。

　　C60分(fen)子(zi)是以什么樣(yang)的(de)(de)(de)結構而能穩定(ding)(ding)呢？層(ceng)狀的(de)(de)(de)石(shi)(shi)墨(mo)和(he)四面體結構的(de)(de)(de)金剛石(shi)(shi)是碳的(de)(de)(de)兩種(zhong)(zhong)穩定(ding)(ding)存(cun)在(zai)(zai)形(xing)(xing)式，當60個(ge)碳原子(zi)以它們中的(de)(de)(de)任何一種(zhong)(zhong)形(xing)(xing)式排列時(shi)，都會(hui)存(cun)在(zai)(zai)許多(duo)懸鍵(jian)，就(jiu)會(hui)非常(chang)活潑，就(jiu)不(bu)會(hui)顯示出(chu)如此穩定(ding)(ding)的(de)(de)(de)質譜信號。這(zhe)就(jiu)說明(ming)C60分(fen)子(zi)具有(you)與石(shi)(shi)墨(mo)和(he)金剛石(shi)(shi)完全不(bu)同的(de)(de)(de)結構。由(you)于(yu)受到建(jian)(jian)筑(zhu)學家BuckminsterFuller用五邊形(xing)(xing)和(he)六邊形(xing)(xing)構成(cheng)的(de)(de)(de)拱形(xing)(xing)圓頂建(jian)(jian)筑(zhu)的(de)(de)(de)啟發，Kroto等認為C60是由(you)60個(ge)碳原子(zi)組成(cheng)的(de)(de)(de)球形(xing)(xing)32面體，即由(you)12個(ge)五邊形(xing)(xing)和(he)20個(ge)六邊形(xing)(xing)組成(cheng)，只有(you)這(zhe)樣(yang)C60分(fen)子(zi)才不(bu)存(cun)在(zai)(zai)懸鍵(jian)。

　　在C60分子(zi)中(zhong)，每個碳原子(zi)以(yi)sp2雜化軌道(dao)與相(xiang)鄰的三個碳原子(zi)相(xiang)連，剩余的未參(can)加雜化的一(yi)個p軌道(dao)在C60球殼的外圍和內腔形成球面大∏鍵，從(cong)而具有芳香性。為了(le)紀(ji)念Fuller，他們提出用Buckminsterfullerene來(lai)(lai)命名C60，后來(lai)(lai)又將包(bao)括C60在內的所有含偶數(shu)個碳所形成的分子(zi)通稱為Fuller，中(zhong)譯名為富勒烯(xi)。