【摘 要】本文从金刚石晶体的正四面体结构单元、六元环、金刚石晶胞中碳原子数、晶胞边长的计算、晶胞中碳原子的空间利用率以" />
免费阅读期刊
论文发表、论文指导
周一至周五
9：00&22：00
认识金刚石晶体结构
　　【摘 要】本文从金刚石晶体的正四面体结构单元、六元环、金刚石晶胞中碳原子数、晶胞边长的计算、晶胞中碳原子的空间利用率以及晶胞边长计算晶体密度等六个维度介绍金刚石晶体结构。 中国论文网 http://www.xzbu.com/1/view-5708105.htm　　【关键词】金刚石晶体 晶胞结构
转载请注明来源。原文地址：
【xzbu】郑重声明：本网站资源、信息来源于网络，完全免费共享，仅供学习和研究使用，版权和著作权归原作者所有，如有不愿意被转载的情况，请通知我们删除已转载的信息。
xzbu发布此信息目的在于传播更多信息，与本网站立场无关。xzbu不保证该信息（包括但不限于文字、数据及图表）准确性、真实性、完整性等。小木虫 --- 700万学术达人喜爱的学术科研平台
热门搜索：
&&【求助】 在金刚石晶体结构中，F2g对称性是何含义？
【求助】 在金刚石晶体结构中，F2g对称性是何含义？
学术必备与600万学术达人在线互动！
扫描下载送金币金刚石粉末做慢性毒药可信么，如果是真的，解药是啥 | 谣言粉碎机小组 | 果壳网 科技有意思
1289971人加入此小组
金刚石具有疏水亲油的特性，当人服食下金刚石粉末后， 金刚石粉末会粘在胃壁上，在长期的摩擦中，会让人得胃溃疡，不及时治疗会死于胃出血， 是种难以让人提防的慢性毒剂。据此猜想发作的时候还会比较唯美，噗的一口鲜血吐出人缓缓软倒在地或者丝帕捂住嘴然后渐渐染红之类的……＝ ＝文艺复兴时期，用金刚石粉末制成的慢性毒药曾流行在意大利豪门之间
+ 加入我的果篮
引用 的话：这个是真的，不过细节有点错误。先把金刚石磨成极细小的颗粒，平均直径不得大于2.5微米然后也不必投食，只要偷偷散布于目标周围空气中，让其长期大量吸入，目标就会莫名患肺方面疾病而死亡世界上第一例?钻石肺患者
引用 的话：这个是真的，不过细节有点错误。先把金刚石磨成极细小的颗粒，平均直径不得大于2.5微米然后也不必投食，只要偷偷散布于目标周围空气中，让其长期大量吸入，目标就会莫名患肺方面疾病而死亡钻石级pm2.5，，，华北人民表示我们吸炭黑级的就好了。来自
引用 的话：《女医明妃传》里有 第49集哥们你还是别在这儿混了，会被歧视的
听起来比较像假的
我就不吐槽了，从第一句就在钓鱼。
医生：这些异物并不会长期存在胃内的
我查了一下居然是百度百科写的
NGA论坛著名版主
这是直钩……
唯美什么的，你长个凤姐样不管做什么都不会唯美的好吗！！！！！！！！
求专业答案
倒是吸入的话好像有效果……
那要多少金刚石啊....不如请个杀手，一刀了结．
这东西贵不贵……
這哪是直鉤。。分明就是沒鉤。。
应该不含毒性，而是直接用物理方式把人搞死。
这个问题会在次火起来
啤酒饮料矿泉水花生瓜子八宝粥
这个是真的，不过细节有点错误。先把金刚石磨成极细小的颗粒，平均直径不得大于2.5微米然后也不必投食，只要偷偷散布于目标周围空气中，让其长期大量吸入，目标就会莫名患肺方面疾病而死亡
引用 的话：这个是真的，不过细节有点错误。先把金刚石磨成极细小的颗粒，平均直径不得大于2.5微米然后也不必投食，只要偷偷散布于目标周围空气中，让其长期大量吸入，目标就会莫名患肺方面疾病而死亡世界上第一例?钻石肺患者
引用 的话：世界上第一例?钻石肺患者要用什么把他磨成粉呢？？还是请个杀手便宜点，还省事！
引用 的话：要用什么把他磨成粉呢？？还是请个杀手便宜点，还省事！不停的锤击应该是可以的。。
引用 的话：要用什么把他磨成粉呢？？还是请个杀手便宜点，还省事！我是理论科学家！！！！实践这个事情别找我
引用 的话：这个是真的，不过细节有点错误。先把金刚石磨成极细小的颗粒，平均直径不得大于2.5微米然后也不必投食，只要偷偷散布于目标周围空气中，让其长期大量吸入，目标就会莫名患肺方面疾病而死亡钻石级pm2.5，，，华北人民表示我们吸炭黑级的就好了。来自
来，请尝尝铅笔尖，看看死人了没有。
做个实验吧
引用 的话：这个是真的，不过细节有点错误。先把金刚石磨成极细小的颗粒，平均直径不得大于2.5微米然后也不必投食，只要偷偷散布于目标周围空气中，让其长期大量吸入，目标就会莫名患肺方面疾病而死亡会不如在旁边开一家工厂
引用 的话：不停的锤击应该是可以的。。估计锤击不能打碎成粉尘吧
对于肉体的硬度来讲，金刚石与普通石头有什么大的区别么？所以金刚石粉靠物理伤害能办到的东西， 普通石粉为什么办不到呢？
《女医明妃传》里有 第49集
引用 的话：《女医明妃传》里有 第49集哥们你还是别在这儿混了，会被歧视的
如果金刚石粉在人的胃里，那么移动身体，胃里的金刚石粉小颗粒就会摩擦，时间久了就会把胃烂，应该把肚子打开 ，再把胃切开洗洗胃，最好找出克金刚石仁粉。来自
哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈大半夜的哈哈哈哈哈哈哈哈哈
为啥要想把金刚石弄碎，难道你们不知道有种抛光剂叫金刚石抛光机么。。。。便宜，随便买，就是不太方便快递，各地的实验试剂商店都有
工业级人工钻石很便宜的吧。。钻石不行 就钢玉
1000 ways to die 好像看过有一个毒贩吸毒的时候吸进去钻石粉末死掉了。。。来自
引用 的话：对于肉体的硬度来讲，金刚石与普通石头有什么大的区别么？所以金刚石粉靠物理伤害能办到的东西， 普通石粉为什么办不到呢？晶体结构？就好像石头划不破手但是玻璃可以来自
引用 的话：晶体结构？就好像石头划不破手但是玻璃可以假如这个说法成立。其它晶体一样可以。对不？而很多石头就是晶体的。而且当颗粒小到一定程度，我怀疑晶体与非晶的锋利程度差异。
看了楼主的帖子，我不禁感叹自己命真大，小时候咬铅笔头那么久还活着 LUCKY!
sb一群来自
引用 的话：来，请尝尝铅笔尖，看看死人了没有。小时候我妈妈就是跟我说铅有毒的，千万别咬铅笔……
吃我钻石星尘拳！！！！
引用 的话：为啥要想把金刚石弄碎，难道你们不知道有种抛光剂叫金刚石抛光机么。。。。便宜，随便买，就是不太方便快递，各地的实验试剂商店都有钻石研磨膏？记得是标号越小越贵
引用 的话：吃我钻石星尘拳！！！！庐山升龙霸~！
还不如用重金属！~
引用 的话：还不如用重金属！~重金属波动震爆拳
这钩.....完全就咬不住啊......
引用 的话：小时候我妈妈就是跟我说铅有毒的，千万别咬铅笔……小时候我爸爸也跟我说过冬天的栏杆不能舔
引用 的话：小时候我爸爸也跟我说过冬天的栏杆不能舔这个确实不能舔
The son of the Turkish Sultan Bajazet () was said to have murdered his father pouring a large quantity of powdered diamond in his father's food. In l532, Pope Clement VII’s doctors dosed him with fourteen spoonfuls of pulverized gems, including diamond, which resulted in death for the patient. In the same century, Catherine de Medici was famous for dealing out death by diamond powder, and Benvenuto Cellini, the famous Italian goldsmith, described an attempt on his life by an enemy who ordered diamond powder to be mixed in his salad. The association of diamonds with poison may have been promoted to discourage the practice of stealing diamonds by swallowing them, particularly during mining.传出钻石有毒的传言可能是防止矿工通过吞咽的方式私藏钻石。
引用 的话：小时候我妈妈就是跟我说铅有毒的，千万别咬铅笔……铅笔尖没铅，是黏土和石墨.
化学学士，摄影爱好者，果壳实验室成员
疏水亲油又怎么会粘在胃壁上呢？
引用 的话：铅笔尖没铅，是黏土和石墨.明显就是骗小孩的嘛~然而小时候确实上当了。
(C)2017果壳网&&&&京ICP证100430号&&&&京网文[-239号&&&&新出发京零字东150005号&&&&
违法和不良信息举报邮箱：&&&&举报电话：计算金刚石晶体空间利用率的几种方法
计算金刚石晶体空间利用率的几种方法
在一般的无机化学教材中，对晶体结构知识介绍的本就不多。通常，只是给出与金属晶体相关的三种常见紧密堆积方式（面心立方、体心立方、六方）的一些简单性质，如配位数、空间利用率（也称为堆积密度）。
对一些较典型的无机化合物晶体结构（如金刚石、冰）也多是浅尝辄止。对不同晶格类型导致的晶体空间利用率不同，也没有介绍其计算方法。
但是，随着中学化学教育改革的深化，似乎连金刚石晶体空间利用率的计算，都已经成为了化学教学的较重要内容。一些化学教师就只好是去再学习，加再讨论了。
好在，诸如金刚石晶体空间利用率之类的讨论，并不需要很多的晶体学知识。用一般的化学知识及简单的初等数学方法，就可以计算出来。
在这里，仅介绍几种金刚石空间利用率的计算方法，供同仁们参考。
一、对金刚石晶体结构较为详细的论述
在较为权威的无机化学结构专著中，对金刚石这种很典型的无机物是有不少介绍的：，
首先，在最基本的介绍“球的堆积”概念时就指出，金刚石型堆积的堆积密度为34.01%，配为数为4。用结构形式记号“A4”来表示。
并指出，这种配位数为4的堆积能稳定存在，是由于原子间有共价键形成，除了C外，Si、Ge、Sn、In的单质中，也有以这种堆积形式来存在的。
其次，在非金属单质“碳”中提到：
在诸多碳的同素异构体中，有两种金刚石。即，立方金刚石与六方金刚石。
立方金刚石为一立方面心点阵，晶体所属的空间群为O7h-Fd3m。立方晶胞参数为a=3.56688埃（25℃）。结构中的每个碳原子均按四面体方向，和四个碳原子以共价键连接。C-C键的键长为1.544埃。其结构如下图一（a）所示。
该部分还介绍道：六方金刚石是介稳的晶体，已在陨石中找到。也可将石墨加压到130
k bar，温度超过1000℃时制得。在这种金刚石中碳原子的配位和C-C键的键长均和立方金刚石相似，晶体所属的空间群为O46h-P63/mmc。六方晶胞参数为a=2.51埃、c=4.12埃。其结构如上图一（b）所示。
作为一种并不常见的碳同素异构体，显然六方金刚石并不是大家关注的对象。也就是说，在一般情况下大家讨论的只是立方金刚石的空间结构。
计算金刚石中晶体的空间利用率，是否就一定要用上述的这些数据呢？实际上并不一定需要。下面就介绍几种这个问题的计算方法：
二、用金刚石密度及碳原子的共价半径来计算
最简单的计算金刚石晶体空间利用率的方法，可能就是用金刚石密度，及碳原子的共价半径数据，来计算了。因为，这两个数据都很容易在一般的化学数据表中找到。
解题思路：由于物质密度是一个涉及宏观物质的物理量，所以最好是以较大量的物质，如以1.00摩尔的金刚石为讨论的对象。分别计算1摩尔金刚石所占的体积，及1摩尔碳原子所占的体积。其比值就是金刚石晶体的空间利用率。
一方面，查得金刚石的密度为3.51g/cm3[2]。
而C原子的摩尔质量为12.00
这样，1摩尔金刚石所占的体积为12.00/3.51=3.42（cm3）。相当于3.42&1030(pm3)。
另一方面，查得，C原子的共价半径为77
可计算出一个碳原子所占的体积为，。
1摩尔碳原子的总体积就为，1.91&106&6.023&1023
=1.15&1030
这样就可以计算出两者间的比值，1.15&1030/3.42&1030=0.337=34%。
这就是在金刚石中碳原子的空间利用率。它竟然与其理论值34.01%几乎相等。有些出乎我们的意料。
因为，取C原子的共价半径为77
pm，这是一个相当粗略的数值（是一个统计平均值），居然还计算出了一个这样好的结果。
三、用晶胞参数及键长的数据来计算
在一些结构化学的专著中，可以找到金刚石的晶胞参数[1]。
用这样的有效数字更多一些的数据，来计算金刚石晶体的空间利用率，所得结果的精确度及可信度都应该会更高一些的。
解题思路：由于晶胞参数与键长，都是一些描述微观状态的物理量。这样在用它们来计算金刚石空间利用率时，就应该只考虑一个很小的、且独立的晶胞。
金刚石立方晶胞的晶胞参数为a=3.56688（埃）=356.688（pm）。
由此可得，该晶胞的体积V=a3=(356.688)3(pm3)
=4.53801&107(pm3)。
由C-C键的键长为1.544埃=154.4
pm。C原子的共价半径r=77.20
而可得一个C原子所占的体积为。
从图一不难看出，这个晶胞中一共有18个碳原子。其中，有8个处于位于立方体的顶点（为8个晶胞所共有），6个位于六个面的中心（为2个晶胞所共有），4个位于立方体的内部（为本晶胞所独有）。在一个这样的晶胞内，相当于有8个碳原子。
由此，可得金刚石中晶体的空间利用率为，
这个计算结果与理论值34.01%相比较，居然有较大的误差，还不如前面用密度计算出来的结果。
这暗示着，所测得的晶胞参数a与键长的数据间，并不是能够相互匹配的。所测得的描述金刚石结构的两个数据，其精确度本身就有问题。
四、从等性杂化的角度来计算
既然怀疑晶胞参数a或与键长的数据有问题，首当其冲要考虑的当然是“C-C键的键长为1.544埃”。因为与晶胞参数比较起来，其数值小了很多，测量时的相对误差就会较大。从形式上看，其数据的有效数字位数，也远较晶胞参数要少。所以，键长的数据的不可靠程度也更高。最好不用这个键长的数据来计算金刚石晶体的空间利用率。
其实，在已知立方晶胞参数为a=3.56688埃的情况下（即使不给出键长的数值），只要再知道碳原子是sp3等性杂化，也可以计算出晶胞中C-C键的键长数据。
因为，沿图一（a)中标记有1、2、3数字的碳原子平面，将该晶胞切开，可得一个长方形的剖面（如图二所示）。
其中红色线段表示的是C-C键。由于碳原子采取的是sp3等性杂化，键角∠CCC=109°28&。由这些数据就可以求出C-C键的键长。
该长方形中1、2原子间线段的长为a（晶胞一个表面的对角线）。
这样，考虑其中的一部分（如图三所示），这样的一个直角三角形ΔMNP。
在该直角三角形中，MP线段的长度为0.25&a，∠MNP
=0.5&（109°28&）。线段MN的长度就是C-C键的键长。
用三角函数关系可得，MN的长度，。
该计算值与实测值
1.544埃间，还是有一些差距的。
用计算值1.54455埃，得到碳原子半径的数值为77.2274
pm。由它计算出的一个C原子所占的体积为。
由此，可得金刚石中晶体的空间利用率为，。
与理论值34.01%，完全吻合。
这也说明，sp3等性杂化轨道间的夹角为109°28&，这是一个有着很高精确度的数值。
但是，还有一个，不用sp3等性杂化轨道间的夹角数据，来计算C-C键的键长，及金刚石晶体空间利用率的方法。
五、用纯数学的方法来计算
由于正四面体四个顶点的空间坐标，可以很容易地通过一个正方体表示出来。所以用纯数学方法来计算立方面心点阵中各点阵点之间的距离，也并不是一件麻烦的工作。
将图一所示的立方面心晶体的晶胞，沿水平、铅直这样的三个不同方向，对半剖开，可以得到8个小正方体。其中位于上左后的一个小正方体，如图四所示（其中标注有数字“1”的点阵点，与图一（a）中的该点是对应的）。
将正四面体嵌入一个正方体中，这是正四面体空间构型的另一种表示方法。四面体的中心与正方体的中心重合。正方体的8个顶点中，有4个被正四面体的四个顶点所占据。
不难看出，如果设这个小立方体的棱长为单位长度“l”。从点“1”的角度看，正四面体中心点，就在其右、前、下方，且各相差了半个“l”的距离。
这样，正四面体中心点（就是正立方体的中心）到点“1”的距离就是，
……（）。
这个值就是共价键的键长，其一半“0.5&0.866023&l”，就是原子的半径。
这样一个原子的体积就是，。
该小立方体的边长既然是“l”，其体积V就是“l3”。
又由于，这个小立方体是晶胞体积的1/8。在一个立方面心晶胞中有8个点阵点。相当于一个小立方体中只有一个点阵点（原子）。
所以，晶体的理论空间利用率为……（2）
如果需要，还可以用式（1）及（2）求出有效数字位数更多的立方面心堆积晶体的理论空间利用率。
对金刚石的晶体来说，“l”是其晶胞参数“a”的一半，即356.688&=178.344（pm）。
正四面体中心点到点“1”的距离就是，0.866025&178.344=154.450（pm）。
这就是从金刚石晶体的晶胞参数，所计算出来的C-C键的理论键长，并且是最为严谨、可信的键长（与实测的键长相比较）。
由上面这些计算的结果还可以看出，在认定立方晶胞参数为a=3.56688埃的情况下，C-C键的键长还是以给出其理论值1.544.50埃，为最好。没有理由再去测量键长的数据，因为它已被涵盖在了晶胞参数中。
[1] 周公度.
无机结构化学.科学出版社.
[2] [澳]G·H艾尔沃德.
T·J·V芬得利编.
SI化学数据表.高等教育出版社.
已投稿到：
以上网友发言只代表其个人观点，不代表新浪网的观点或立场。【图文】金刚石的简介、结构、性能和合成_百度文库
两大类热门资源免费畅读
续费一年阅读会员，立省24元！
金刚石的简介、结构、性能和合成
大小：4.73MB
登录百度文库，专享文档复制特权，财富值每天免费拿！
你可能喜欢}