金刚石、石墨与碳60都是由同一种元素——碳组成,它们在化学性质上表现出一定的相似性,但物理性质却存在显著的差异。
首先,它们的熔沸点不同。金刚石的熔沸点最高,其次是石墨,碳60的熔沸点最低。这一差异主要源于它们的晶体结构不同。金刚石是一种原子晶体,具有极高的熔沸点。石墨属于混合型晶体,虽然稳定性较高,但熔沸点低于金刚石。碳60则是一种分子晶体,其熔沸点最低。
其次,这些物质在颜色上也存在差异。金刚石通常呈无色透明状态,而石墨呈现出黑色。碳60同样呈现无色透明,但其颜色主要取决于观察的角度。
在硬度方面,金刚石的硬度最高,石墨次之,碳60的硬度相对较低。这种差异同样源于它们的晶体结构。金刚石的原子晶体结构使其具有极高的硬度,而石墨的层状结构虽然稳定,但其纵向的滑动特性使其硬度低于金刚石。碳60的结构虽然稳定,但在分子晶体状态下,其硬度相对较低。
物理性质的差异是由它们的结构决定的。金刚石与二氧化硅一样,具有正四面体结构,无限延伸,结构稳定,属于原子晶体,具备原子晶体的硬度和熔沸点特性。石墨则具有层状结构,同一层面稳定,但整体结构的稳定性受到纵向不稳定性的影响。石墨由于其复杂的结构,包含了共价键、离子键和金属键等多种键型,因此具有金属的特性。而碳60的结构为球形,其稳定性较高。单个分子时硬度较大,但在集体计算时,由于是分子晶体,其硬度相对较低。