Hvorfor diamanter har en højere densitet end grafit
Diamond og grafit er allotropes af kulstof. Dette betyder, at de er sammensat af det samme element, men carbonatomer i hver allotrope bindes forskelligt. Sådanne ordninger giver allotropes kraftigt forskellige fysiske egenskaber. Grafit er blødt, glat og mørke med en metallisk glans. Diamanter er hårde, strålende, og gennemsigtig. En diamant er 54,8 procent tættere end grafit.
Kulstofatomer
Carbon har et atomnummer på seks, så hvert atom har seks protoner og seks elektroner. Fire af de elektroner, kaldet valens elektroner, er kemisk interaktive og er tilgængelige til at danne kovalente bindinger med valenselektroner fra andre atomer. Kovalente bindinger dannes sædvanligvis mellem ikke-metalliske atomer.
Diamond krystalstruktur
Den grundlæggende enhed i diamant er et enkelt carbonatom der er bundet til fire andre atomer diamant i form af en tetraeder, en form, der ligner en tre-sidet pyramide på en flad bund. Afstanden mellem to carbonatomer er den samme. Hvert carbonatom aktier til et af sine fire valenselektroner med hver enkelt af sine naboer. Resultatet er en elektron dobbeltbinding mellem hvert carbonatom. Den vinkel, der dannes af to bindinger mellem separate carbonatomer, som til gengæld, forbinder med en tredje carbonatom er også altid den samme. Denne stiv struktur giver diamant sin styrke.
Fysiske egenskaber af diamant
Kulstofatomer i diamant er tæt pakket sammen giver det en høj tæthed af 3,51 gram per kubikcentimeter. Dette er tættere end de fleste almindelige mineraler. Den høje densitet bremser og spreder lys, der passerer gennem det producerer den velkendte "brand" effekt. Der er ingen frie elektroner, så diamant er en dårlig leder af elektricitet. Men stærke bindinger gør det et fremragende varmeleder med en ledningsevne overlegen i forhold til kobber.
Grafit krystalstruktur
Af grafit, er hvert carbonatom omgivet af tre carbonatomer danner en flad plade. Helst carbonatom deler en enkelt elektron med hver af sine tre naboer danner en sekskantet struktur med stærke dobbeltbindinger. Krystalstrukturen elongates til et ark, der vises som kylling wire. Den resterende valenselektron ikke udgør en stærk dobbeltbinding med en elektron på et andet ark, men svinger mellem obligationerne på samme ark. Arkene skal stables for at danne et fast stof. Svage, resterende elektriske ladninger holde arkene sammen, ikke stærk valens limning.
Fysiske egenskaber af grafit
De svage bindinger holding ark af grafit sammen få dem til at spalte let, hvilket giver materialet en densitet på 2,26 gram per kubikcentimeter, en meget lavere densitet end diamant. Dette glideegenskaber muliggør grafit, der skal anvendes som smøremiddel og blyanter. Frie elektroner gør grafit en god leder af både el og varme. Det absorberer lys og synes sort.