石墨和金刚石，究竟谁的熔点高？ 第1页

这个问题将会是一个巨大的坑。

按照基础无机化学的解释，其实不难懂。

因为无论是石墨还是金刚石，想要达到“液态”，也就是相对滑移的状态，都需要克服共价键形成小的碎片。而石墨片层内部的共价键有用大π键的缘故比金刚石的要短，键能更高，所以断裂需要克服的能量更大，所以熔点更高。

但是！！上述的说法极度不严谨！！极度极度不严谨！！甚至可以说是错误的！！只能作为应试的答案，甚至作为应试的答案都很不合适！！！

真正这个问题怎么解释呢？这个问题的关键不是谁高谁低的问题，而是石墨和金刚石有没有可能在同样的环境下测定熔点的问题。

首先需要理解的是，金刚石是碳原子形成的原子晶体，而石墨则是一类特殊的晶体（片层内部以共价键结合，片层之间以范德华力结合）。石墨和金刚石可以利用物理方法（改变压强和温度）互相转变——你可以把石墨和金刚石理解成碳单质的两种不同的“相”。无论是金刚石还是石墨，其“熔化”过程都是需要破坏共价键的。而液态的石墨和液态的金刚石，就是同样的一种东西——液态的碳。

上图是邦迪碳相图。

（碳相图这个也不是很简单的东西，关于碳相图的发展历程，参见：

）

常压是一个大气压，大概是1bar的压强，而图中可以看到，石墨、气态碳和液态碳的三相点在100bar左右，也就是说液态的碳（liquid carbon）只有在100bar以上才有可能存在，所以常压下无论把石墨加热到多高的温度，只要是常压情况下，对石墨进行加热，首先发生的是升华而不是熔化。

相图中的A区，石墨处于稳定状态，而金刚石处于亚稳态，这就是常压常温下石墨和金刚石的状态，这是为什么常温常压下石墨比金刚石更加稳定的原因。而B区则是石墨单相区，在常压下随着温度升高，金刚石会逐渐石墨化。D是金刚石稳定状态而石墨处于亚稳态的区域。而E区则是金刚石单相区，温度和压强达到E区的条件后，石墨会快速转变为立方金刚石。

图中ABCDE四个区域的交汇点就是金刚石-石墨-液态碳的三相点，只有在这个点的压强之上，升高温度才有可能使金刚石直接熔化；低于这个点的压强的情况下，金刚石只会石墨化。

而同时，在这个压强之上，石墨是不能稳定存在的，他会处在亚稳态或者直接转变为立方金刚石。

所以从相图上可知：

1）无论是石墨还是金刚石，常压下都是没有熔点的。常压下升温，石墨会升华，金刚石会石墨化后升华；

2）哪怕不是在常压下，也不能在同一压强下同时测得石墨和金刚石直接熔化成液态碳的温度，所以熔点的比较也就无从谈起了。

没有熔点，熔化是个相变过程，不涉及化学反应。

金刚石和石墨里面的碳原子都是靠共价键连接的，也就是如果把真地它们转化成液态的话，首先要破坏的就是碳原子之间的共价键。

而共价键一旦被破坏，材料就已经降解了。也就是说你获得的产物不再是金刚石和石墨了。

相反的例子比如把糖融化，融化的糖并没有变成另一种物质；把钢铁融化，不过也还是铁。也就是说熔化是纯物理的，不涉及化学反应。