Question

什么条件才能把石墨转化为金刚石？

Answer 1

分类: 教育/科学 >> 科学技术 >> 工程技术科学
问题描述:

详细说明

解析:

金刚石和石墨在一定条件下可以发生转化，这个转化是物理变化还是化学变化呢？我们可从以下几个方面的分析来回答这个问题。

1．化学变化的特征

我们知道，化学变化通常叫做化学反应。化学变化是变化时都生成了其他物质的变化。物质通过化学反应转变为性质上完全不同的新物质，这就是化学变化的特征。当石墨这种由碳组成的单质在一定的条件下变成金刚石时，虽然金刚石也是由碳组成的单质，但金刚石的性质和石墨大不相同（化学性质石墨比金刚石活泼些）；它是碳的另一种单质。这就可见变化过程中金刚石是由石墨变成的新物质。有新物质生成的变化，就不是物理变化。

2．晶体结构

石墨转变为金刚石时，石墨晶体结构被破坏；石墨中层与层之间不牢固的结合力拉断或变动，或同时也将六角平面上各碳原子间的化学键和结合方式来个“大变动大改组”，使它们之间的结合按照金刚石的形式和要求，有规则地结合成为立方面心结构。即由石墨的层状结构转变为金刚石的正四面体结构。根据同一种物质只有一种结构的事实，石墨和金刚石是晶体结构不同的两种物质。既然变化过程中由一种物质转变为另一种物质，就不是物理变化。由此可见，物质由一种结构转变为另一种结构是个化学变化过程。

3．热效应

一个化学反应在进行时，常伴有能量的变化，这个能量变化可以表现为光能、电能、机械能或热能等形式，而常表现为热能形式，有时要释放热量，有时则吸收热量。金刚石在隔绝空气的条件下加热到1000℃，可转变为石墨：

这个转变是个放热反应。说明了在这个转变过程中发生化学反应时的能量转化为热的形式。当石墨变成金刚石时就是一个吸收热能的化学反应。因此，石墨在一定条件下转变为金刚石不是物理变化。

4．催化剂

石墨转变为金刚石须在高温高压下进行，甚至在温度2000℃～4000℃和压强6万～12万个大气压下，这个转变速率仍然不大，还需用铬、铁和铂等作催化剂。根据催化剂只能改变化学反应速率的原理，催化剂就不能改变物理变化的速率了。石墨转变为金刚石时，使用催化剂是为了加快反应速率。如果这一转变是物理变化的话，使用催化剂不就失去了意义吗？可见这个转变不是物理变化。

综上所述，金刚石和石墨在一定条件下的相互转化是个化学变化。凡是同素异形体在一定条件下的互变都是化学变化。有人说金刚石和石墨在一定条件下的相互转化是个物理变化过程，这种说法是不正确的