金剛石結(jié)構(gòu)的原型是金剛石晶體，又稱鉆石。在金剛石晶體中，每個(gè)碳原子都以SP3雜化軌道與另外4個(gè)碳原子形成共價(jià)鍵，構(gòu)成正四面體。由于金剛石中的C-C鍵很強(qiáng)，所以金剛石硬度大，熔點(diǎn)*高；又因?yàn)樗械膬r(jià)電子都被限制在共價(jià)鍵區(qū)域，沒有自由電子，所以金剛石不導(dǎo)電。

1定義

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金剛石結(jié)構(gòu)[1]是一種由兩個(gè)面心立方點(diǎn)陣沿立方晶胞的體對(duì)角線偏移1/4單位嵌套而成的晶體結(jié)構(gòu)，屬于面心立方布喇菲點(diǎn)陣(Bravais lattice), 立方晶系，F(xiàn)d-3m (227號(hào))空間群。如果立方晶胞的晶格常數(shù)是a, 則金剛石結(jié)構(gòu)的原胞的基矢是

 

每個(gè)原胞含有兩個(gè)原子，在原胞中的坐標(biāo)分別是 和 . 金剛石結(jié)構(gòu)的每個(gè)結(jié)晶學(xué)原胞（即晶胞）含有8個(gè)原子，在晶胞中的坐標(biāo)分別是

 

2性質(zhì)

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金剛石結(jié)構(gòu)的原型是金剛石的晶體結(jié)構(gòu)。在金剛石晶體中，每個(gè)碳原子的4個(gè)價(jià)電子以sp3雜化的方式，形成4個(gè)完全等同的原子軌道，與*相鄰的4個(gè)碳原子形成共價(jià)鍵。這4個(gè)共價(jià)鍵之間的角度都相等，約為109.5度，精確值 . 這樣形成由5個(gè)碳原子構(gòu)成的正四面體結(jié)構(gòu)單元，其中4個(gè)碳原子位于正四面體的頂點(diǎn)，1個(gè)碳原子位于正四面體的中心。因?yàn)楣矁r(jià)鍵難以變形，C-C鍵能大，所以金剛石硬度和熔點(diǎn)都很高，化學(xué)穩(wěn)定性好。共價(jià)鍵中的電子被束縛在化學(xué)鍵中不能參與導(dǎo)電，所以金剛石是絕緣體，不導(dǎo)電。

金剛石結(jié)構(gòu)的空間堆積率（又稱占位比，為 ）比面心立方結(jié)構(gòu)( )和六角密積結(jié)構(gòu)(與長軸短軸比有關(guān)，近似與面心立方結(jié)構(gòu)相同)低，也比體心立方結(jié)構(gòu)( )低。但金剛石結(jié)構(gòu)的原子密度（即單位空間中的原子數(shù)）大。這一特點(diǎn)對(duì)于金剛石尤其顯著，因?yàn)?a >金剛石中的C-C鍵長很小。

3結(jié)構(gòu)辨析

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金剛石結(jié)構(gòu)與閃鋅礦結(jié)構(gòu)(zincblende structure)非常相似，不同之處在于，構(gòu)成閃鋅礦結(jié)構(gòu)的兩個(gè)面心立方點(diǎn)陣上的原子是不同種類的，例如Zn和S, 而構(gòu)成金剛石結(jié)構(gòu)的原子是同種類的。閃鋅礦結(jié)構(gòu)的堆積率隨兩種原子的相對(duì)大小而變。

金剛石與石墨同樣由碳原子構(gòu)成，是同素異性體。由于碳原子的結(jié)合方式不同，兩種物質(zhì)的性質(zhì)迥異。石墨中的碳原子是按sp2雜化的方式形成共價(jià)鍵的，在一個(gè)平面上以共價(jià)鍵結(jié)合成蜂窩狀結(jié)構(gòu)，層與層間靠比較弱的范德華力結(jié)合。同一層內(nèi)碳原子之間的結(jié)合比金剛石還強(qiáng)，所以石墨的熔點(diǎn)比金剛石更高。但層間結(jié)合較弱，很容易發(fā)生滑移，所以硬度很低。石墨中碳原子的4個(gè)價(jià)電子中的3個(gè)形成共價(jià)鍵，另外一個(gè)價(jià)電子在晶體中形成大 鍵，可以沿石墨層導(dǎo)電。

金剛石與其他的碳同素異性體之間的差別也是有碳原子結(jié)合方式的不同而引起的。