立方金刚石和六方金刚石结构的认识和应用

卓峻峭

重庆市南开中学校，重庆 400030

金刚石是自然界中天然存在的最坚硬的物质，其结构和性质是中学化学、化学竞赛和大学化学的重要教学内容。金刚石结构是典型的四面体型四配位晶体结构，是研究ZnS、H2O(s)、Si、SiC、BN和NaTl等很多晶体结构的模板，深入分析和理解金刚石结构对于学习晶体结构能起到事半功倍的效果。在化学竞赛试题中，除了对金刚石基本结构特征的考查外，更热衷于考查对空间立体结构的认识和理解，凸显出空间想象和思维能力的区分度。如第25届全国高中学生化学竞赛(省级赛区)第7题考查了立方金刚石和六方金刚石的结构差异。高中化学选修3中介绍了立方金刚石的结构[1]，文献对金刚石结构的研究主要集中在立方金刚石上，而对六方金刚石结构的研究以及两种金刚石结构深层次对比的研究很少[2]。

立方金刚石和六方金刚石的结构不仅是立方晶体和六方晶体的典型结构代表，而且是一系列重要结构的模板，值得进行全方位多角度的分析、对比、研究和应用。

1 基本结构对比

在立方金刚石和六方金刚石中，所有碳原子都是sp3杂化，每个碳原子都与邻近4个碳原子分别形成sp3-sp3σ键，所有碳原子都是四面体型四配位，晶胞结构见图1。

图1 立方金刚石和六方金刚石的晶胞结构

1.1 碳原子堆积形式对比

在立方金刚石中一半的碳原子按照立方最密堆积(ABCA)的形式排列，而在六方金刚石中一半的碳原子按照六方最密堆积(ABA)的形式排列，这两种排列形式中相邻碳原子均未相切，留有较大的空隙。……