题目

什么条件才能把石墨转化为金刚石?

提问时间：2020-08-06

答案

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