結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)

     “結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”,有些物質(zhì)雖然都是由同樣的元素構(gòu)成，但是內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，性質(zhì)就大相徑庭。通俗點說，同樣一群人，排不同的陣勢去打仗，發(fā)揮的效果是不一樣的。

      碳元素是個大家庭，有眾多同素異構(gòu)體。雖然都由碳原子構(gòu)成，但由于擁有各種不同的分子晶體結(jié)構(gòu)，所以它們的物理性質(zhì)截然不同，差別極大。比如，以最普通的成員金剛石及石墨為例，它們的許多物理性質(zhì)分別位于兩個極端：石墨性軟，鉆石卻是最硬的礦石。石墨是良導(dǎo)體，鉆石是絕緣體。石墨烏黑不透明，鉆石晶瑩剔透閃亮光。石墨極為普通隨處可見，鉆石卻是價值昂貴的珠寶。

      碳的同素異構(gòu)體中，石墨是碳原子以SP2雜化軌道相互成鍵的，SP2雜化軌道的成鍵特征，決定了石墨是一種平面六方的層狀結(jié)構(gòu)。由于層間靠較弱的范德華力結(jié)合，所以層與層之間很容易滑移。這種性質(zhì)使石墨可用于潤滑劑和鉛筆芯之中。此外，原子層之間較弱的范德華鍵也讓一些電子可以沿層面自由流動，使石墨成為良好的導(dǎo)電體。金剛石是碳原子以SP3雜化軌道形成的正四面體結(jié)構(gòu)，是由具有飽和性和方向性的共價鍵結(jié)合起來的晶體。硬度、熔點、耐磨性都極高，而且不導(dǎo)電。

      碳的其他同素異形體結(jié)構(gòu)，還有石墨烯、碳納米管、富勒烯（C60）等，基本上都以類似的平面正六邊形結(jié)構(gòu)為主，有時也混雜了一些五邊形和七邊形。這些不同結(jié)構(gòu)各有特點，如果忽略很小的納米尺度，從幾何維數(shù)來分類，可以將碳納米管看成是1維結(jié)構(gòu)，石墨烯是2維結(jié)構(gòu)，富勒烯則可以算是點狀的0維結(jié)構(gòu)，最典型的富勒烯是擁有60個碳原子的巴克球C60，其結(jié)構(gòu)與一個現(xiàn)代足球類似。