【对石墨转化金刚石反应条件的讨论】 石墨在什么条件下可以转化为金刚石
时间：2019-02-07 03:22:50 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：从定性分析和定量计算两个层次讨论了石墨转化金刚石的反应条件，并简要介绍了碳的相图和金刚石的人工合成。 关键词：金刚石；石墨；转化条件 文章编号：1005－6629(2009)05－0003－04中图分类号：G633.8文献标识码：B
以石墨为原料人工合成金刚石需要在高温高压（1500 ℃、6.0×109 Pa）条件下进行，对于这一转化条件虽然在大学教材中不乏有运用热力学理论的定量计算[1～2]， 且大多局限于讨论常温下压强的影响。随着以物质结构为中心的有关理论和以化学热力学为基础的有关理论引入高中化学教材之中，石墨和金刚石作为具有典型结构的晶体也被选入其中[3]。本文从定性分析和定量计算两个层次讨论石墨变为金刚石的转化条件，其中定性分析立足于高中化学课程的知识程度[4], 适合于中学作为化学反应原理的应用案例；而定量计算则是在定性分析的基础上，从大学知识的角度进一步论证和延伸。
1 压强的影响
1.1定性分析
C（石墨）→C（金刚石） (1)
我们知道石墨的密度小于金刚石的密度，即石墨的摩尔体积Vm（石墨）大于金刚石的摩尔体积Vm（金刚石）。根据化学平衡移动原理（即Le Chatelier原理）可知，增大压强有利于平衡向体积减小的方向移动，即有利于反应（1）正向进行。
应当指出的是，在高中化学教材中，运用化学平衡移动原理讨论压强对平衡移动的影响时，考虑到固态或液态物质受压强的影响小，往往忽略不计。但是当压强变化很大时，这种影响不容忽略，石墨转化金刚石就是一例。这也正是石墨转化金刚石为什么需要很大压强的原因（从以下的定量计算可以看出）。
1.2定量计算
2温度的影响
2.1定性分析
关于温度对反应的影响，在中学教学中常出现这样的分析：查表得到反应(1)在25 ℃、101 kPa时的焓变为ΔrHm (298 K)=1895 J・mol-1，即石墨转化金刚石是吸热反应，根据化学平衡移动原理可知，升高温度有利于反应正向进行，故选择高温。然而这一结论并不正确。其原因是化学平衡移动原理仅适用于判断处于化学平衡状态时反应移动的方向，而在25 ℃、101 kPa时，石墨和金刚石两者不是处于平衡态。
在学习晶体结构知识的基础上，温度对平衡的影响可以通过以下方法解决：石墨与金刚石的结构示意图如图1所示。从结构上看，石墨的碳原子呈sp2杂化，晶体是层状结构；而金刚石的碳原子呈sp3杂化，晶体是四面体状结构。因此就两者晶体结构的有序性而论，金刚石高于石墨，而混乱度则是石墨高于金刚石，即石墨转化金刚石是ΔS熵变减小的过程。
当石墨转化金刚石处于平衡状态时，则
ΔG=ΔH-TΔS=0
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