《迷人的材料》精读23

№22 坚不可摧的碳材料（2）

不过，钻石并非真的“恒久远”，实际上石墨比钻石还稳定。所有的钻石经过几十亿年都会变成石墨。石墨的构造，是碳原子以六角形状两两连结而成的层状晶体，原子间的键结强度甚至高过钻石。既然如此稳定，为什么石墨还能用作铅笔的笔芯呢？

《迷人的材料》精读23

原来是因为，钻石内的碳原子和另外四个碳原子两两共享电子，石墨层内的每个碳原子是跟另外三个碳原子共享四个电子，但层与层之间则没有共享电子形成化学键，而是依靠“范德华力”（分子电场变动产生的弱吸引力）联结。受力时范德华力最先瓦解，因此石墨非常柔软。铅笔的原理就是，当石墨笔芯压在纸上时，范德华力瓦解，石墨层滑到纸上，形成字迹。

所以，铅笔之所以叫作“铅笔”，其实跟铅一点关系也没有。只不过铅和石墨都是“软金属”，颜色都是深灰色的，容易被误认罢了。那为什么石墨不是金属，却有金属光泽呢？因为石墨的碳原子外层有自由活动的电子，导致的结果是，石墨能导电且能反射光线，所以具有和金属类似的光泽。

我们生活中所见到的煤炭，也具有和石墨一样的碳原子六角形平面结构，它是腐蚀质经过几百万年的地质作用而形成的。在合适的温度和压力下，煤炭会变得越来越纯，也就越来越接近石墨。智利南洋杉石化而成的煤炭具有乌黑而美丽的光泽，被称作黑琥珀，又称黑玉。19世纪的英国维多利亚女王为悼念夫婿而佩戴黑玉首饰，从此黑玉蔚为时尚。

在以前，没有人会相信钻石跟煤炭是同一种东西。直到1772年化学之父拉瓦锡的实验才改变了人们的看法。他将钻石加热至燃烧，发现燃烧后没有任何残留物，仿佛彻底消失了。接着他又试着在真空中加热钻石，防止空气参与反应，结果呢？钻石受热后变成了石墨。

到这里故事还没有结束。既然钻石和石墨是同一种物质，无数人（包括拉瓦锡本人）曾争先恐后寻找将石墨逆转成钻石的办法，想要凭此一夜暴富。只不过这个过程需要极高的温度和压力，实验室难以模拟这个环境，钻石的自然形成有时候需要数十亿年。