金刚石的晶体结构

在晶体学中，金刚石结构又称为金刚石立方晶体结构（diamond cubic lattice structure），原型是金刚石。在金刚石晶体中，每个碳原子都以sp3杂化轨道与另外4个碳原子形成共价键，构成正四面体。

金刚石立方晶体结构中最小的碳环是六元环，最小的闭合碳环是十元环。闭合的十元碳环非常重要，它是构成晶胞的主要碳环，它的6个碳原子位于晶胞的6个面心，其余4个位于晶胞的内部，而另一个碳原子是晶胞的4个顶点。4个顶点的对角点就是四面体的另外4个顶点，十元环的对角线就是晶胞的棱长。

由于金刚石中的C-C键极强，所以金刚石硬度大，熔点极高；又因为所有的价电子均被限制在共价键区域，没有自由电子，所以金刚石不导电。

扩展资料：

一、工业用途

由于金刚石的硬度极高且导热性极高，用于沙纸、钻探、研磨工具之上，可以用来切削和刻划其他物质，以及大型集成电路等散热板上。

然而，自从1955年通用电气透过高温高压获得人造金刚石的技术后，科学家会利用高温高压制成金刚石微粒，而现在细小颗粒的合成钻石已经较同级天然钻石便宜。故此，天然钻石的工业价值已经完全消失，目前的主要用途已仅限于首饰与观赏。

二、观赏用途

金刚石由于折射率高，在灯光下显得闪闪生辉，称作钻石。巨型的美钻往往价值连城。当钻石带有蓝、绿或粉红色属十分罕有，而颜色深而鲜艳则价钱更高；目前最昂贵的有色钻石，要属带有浓艳红色的钻石。

钻石分为一型和二型两种，这主要是根据它是否含有N元素：一型含；二型不含。而蓝色的钻石是二B型的，是半导体。

金刚石是典型的原子晶体，属于等轴晶系，它的晶格是一个复式格子，在一个面心立方原胞内有四个碳原子，这四个原子分别位于四个空间的对角线的1/4处。金刚石中碳原子的结合是由于碳原子外壳的四个价电子2s，2p3的杂化而形成共价键（sp3）。每个碳原子和周围四个碳原子共价，一个碳原子在正四面体的中心，另外四个同它共价的原子在正四面体的顶角上，中心的碳原子和顶角上每一个碳原子共用两个价电子，即棒状线条视为共价键。因此得出，正四面体中心的碳原子价键的取向同顶角上的碳原子是不同的。比如：若一个的价键指向左上方，则另一个的价键必指向右下方。由于价键的取向不同，这两种碳原子周围的情况也不同，立方体的顶角及面心上碳原子的周围情况是不同于在对角线上的四个碳原子的情况。因此，金刚石结构式复式格子，由两个面心立方的布喇菲原胞沿其空间对角线位移1/4的长度套构而成

　　金刚石是碳原子的一种结晶体。其中的碳原子都以共价键结合，原子排列的基本规律是每一个碳原子的周围都有4个按照正四面体分布的碳原子；这种结构可看成是由两套面心立方Bravais格子套构而成的，套构的方式是沿着单胞[结晶学元胞]立方体对角线的方向移动1/4距离；也可以看成是由许多（111）的原子密排面沿着[111]方向、按照ABCABCABC···规律堆积起来而构成的；每个单胞中包含有8个原子，每个原胞中包含有2个不等价的原子，是一种复式晶格。重要的半导体Si和Ge就具有金刚石型的晶体结构。

　金刚石晶格的倒格子是体心立方格子。因此，Si和Ge等金刚石型晶体中电子的Brillouin区也就是体心立方格子中的W-S原胞，其形状是切角六面体（即14面体）。金刚石是原子晶体,一块金刚石是一个巨分子,N个C原子的聚合体。