那石墨中碳原子的排列又有什么不同呢？石墨中每个碳原子周围只有3个最邻近的碳原子与它形成共价键，这3个周边碳原子与中心碳原子位于同一个平面上，对称地分布在中心碳原子周围，形成正三角形，然后在同一平面上展开形成了蜂巢式的多个六边形。以六边形所在的平面为一层，石墨便由这种一层层的层状结构堆砌而成。每个碳原子有4个电子，但只形成了3个共价键，那么剩下的一个电子呢？原来，剩余的电子就在这些层与层之间自由地移动，这也就是石墨导电而金刚石不导电的原因。

严格来讲，石墨只能在沿着层面的方向上导电，而在垂直于层面的方向上是绝缘的。每层内以共价键结合的碳原子之间的距离也很小，大约为0.142纳米，因此它们之间也是牢不可破的。层与层之间的距离则要大得多，大概有0.340纳米，而且没有强大的共价键作用，因此石墨在沿着层面方向比较容易碎裂。不过，和金刚石一样，石墨中的碳原子排列也是高度有序的，因此石墨也是一种碳的晶体。

现在回到开头的故事，莫瓦桑真的炼出了金刚石？石墨转化为金刚石的过程如此简单吗？答案当然是否定的。原来，莫瓦桑一次又一次地和助手们重复试验，有一个助手厌烦了，事先偷偷地把一颗金刚石放在铁水里，造成了试验成功的假象。莫瓦桑因为人工合成金刚石而再一次声名鹊起，赢得无数荣誉。而这件假案，直到50年后才真正大白于天下。

法国化学家莫瓦桑逝世100周年纪念邮票。莫瓦桑因制取单质氟而荣获1906年诺贝尔化学奖

3　富勒烯——碳家族中耀眼的明星

随着人类科学水平的发展，碳家族增添了越来越多的新的成员，富勒烯便是其中一颗耀眼的明星。

继石墨、金刚石和无定形碳之后，富勒烯是人们发现的第四种碳的同素异形体。富勒烯存在的第一个光谱证据是在1984年由美国新泽西州的艾克森实室发现的。就在这一年，英国萨塞克斯大学的谱学家克罗托正为自己的研究寻找相应的仪，他在赴美国参加的学术会议上认识了美国莱大学的科尔和斯莫利，后两人设计的仪器让克托眼前一亮。这次偶然的相遇促成了3人的作，他们用高功率激光轰击石墨将其汽化，发并确信C60和C70是两种相当稳定的原子簇分子，接下来他们努力想搞清楚这两个碳家族新成员的结构。

1996年诺贝尔化学奖得主克罗托

富勒烯因构型很像建筑学家富勒设计的加拿大蒙特利尔世界博览会会馆球形圆顶薄壳而得名

和石墨及金刚石中巨大的碳原子数目不同，富勒烯中有限的碳原子数决定了它只可能是一个个较小的相对独立的结构。这时候他们想到了一个人——富勒，这位建筑师设计了加拿大蒙特利尔世界博览会会馆的球形圆顶薄壳，利用正五边形和正六边形拼接而成的顶部近似于球面。他们觉得C60分子很有可能是一种类似于富勒设计的圆顶薄壳的球形多面体。在此启发下，克罗托等3人用12个五边形、20个六边形拼出了一个中空的32面体，这就是现在我们所熟知的富勒烯的结构。在每个富勒烯分子中，五边形互不邻接，而是与5个六边形相接，每个六边形又与3个六边形和3个五边形间隔相接，这样共有60个顶角，碳原子位于每个顶角上。

石墨烯晶体

一个多么完美对称的分子！碳家族的第四位成员终于正式浮出水面。为了表示感谢和敬意，克罗托3人用富勒的名字命名他们的新发现（也叫巴基球，来自于富勒的名字）。由于长得极像足球，富勒烯也被叫做足球烯。而克罗托3人也因该项成就分享了1996年的诺贝尔化学奖。

自此以后，有关富勒烯的各项研究工作如火如荼地展开了。1989年，人们实验证实了富勒烯的结构，其他碳原子数（如C28、C32、C240、C540）和非常规碳原子数（如C78、C82、C84、C90、C96）的富勒烯也相继被各个实验室制备出来，现在的科学家们已经能得到外接或者内嵌其他原子的富勒烯。1992年，人们甚至在自然界中也发现了这种之前被认为只能在实验室的苛刻条件下，或者在星际尘埃中才存在的高度对称的完美的分子。

后来，碳家族又陆续增添了一些新成员，如碳纳米管、石墨烯等，它们和金刚石一样，表现出非常独特而优异的性能。而新发现的另外一些新成员，比如蓝丝黛尔石、蜡石、汞黝矿结构等，它们大多来自于陨石和外太空，在地球上不怎么常见。

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