性质的不同源于结构的不同

金刚石和石墨都是通过共价键而形成的巨型晶体结构。

图18　金刚石和石墨的结构示意图(https://www.daowen.com)

在金刚石晶体中，碳原子按四面体成键方式互相连接，组成无限的三维骨架，数以千万计的碳原子连接在一起，每个碳原子都与另外4个碳原子形成共价键，构成正四面体。由于金刚石中的C—C键的键能很大，所有价电子都参与形成共价键，没有自由电子，所有金刚石不仅硬度大，熔点高，而且不导电。

在石墨晶体中，每个碳原子以3根共价键与另外3个碳原子相连，每6个碳原子在同一个平面中形成正六边形的环，并伸展成层状结构，每一层都是原子晶体，层与层之间通过比C—C键弱得多的作用力连接在一起，因此层与层之间易滑动，可用作润滑剂。铅笔在纸上留下的痕迹就是脱落下来的石墨层。每一层中的碳原子各剩下一个未成键电子而发生自由移动，所以石墨能导电。