同为碳元素组成，为什么钻石是透明的，而石墨就不透明？

钻石恒久远、一颗永流传。可能很多小伙伴都会好奇，同样是碳元素组成的，为什么钻石就是透明的，而石墨却是黑的呢？原因是它们的微观结构不同导致的。具体原因且听老郭为您细细道来。

一、什么是透明？

我们在日常生活中遇到的透明物质也是有不少的，空气、玻璃、水晶、钻石、水、某些树脂材料等等都能透光，甚至是一些很薄的纸张也是能透光的。我们看到，其实所谓的透明就是透光，光可以从物质的一个表面进入，从与这个表面平行的另外一个面透出的现象这就是透明。

二、透明的物质不论什么状态都透明吗？

答案是否定的。首先拿玻璃来说，玻璃是我们日常都非常常见的透明物质，但实际上，我们真正接触的玻璃，在平时的应用当中，也就是几毫米的厚度，100毫米的玻璃砖都是很少见的。如果我们把玻璃碾碎成为玻璃渣，我们会发现玻璃就不透明了。其次，我们再来说说水。从超市里面买回来的纯净水和矿泉水都是清亮透明的，我们捧起一捧海水也是如此（有泥沙的除外）。然而我们都知道，在海洋300米以下除了微弱的蓝光，基本上就没有光线了。同样，在大雾天（空气充满了小水滴）能见度很差，我们的视野看不了多远的距离。

三、透光和不透光的科学原理

我们小结前面的分析可以看出，一个物体是不是透光，跟它的组成材料，形状、状态和透光的厚度等物理参数有关。那么这里面是不是有什么科学道理呢？是有的，由于光具有波粒二象性，透光的科学原理可以从波动性和粒子性两个角度给出说明。

第一、透明的科学原理

从波动性的角度来说，透光物质的分子一般都比较小，分子间的间距都比较大。这种情况下，光波可以轻松绕过阻挡它前进的分子，就像湖水中的一个小物体不能阻挡水面波动的传播是一个道理的。

从量子力学的角度来说，空隙很大，绝大部分光线可以轻松穿过，没有阻挡。这就像是两个人在操场上相向跑步，他们是很难撞在一起的，因为太开阔了。但如果这两个人是在一个狭窄的胡同里相向而行，那撞上的几率就大。

第二、不透明的科学原理

前面提到的海底过了300米深度就基本上不透光了，这是因为，光在前进的过程中遇到的物质实在是太多了，虽然一点点的绕射能量损失没有什么，但是经过不断的积累，达到一定深度的时候光线基本上都被海水吸收完毕。所以300米下的海水是漆黑一片的。那种透明的薄纸也是这个道理，虽然透明度没有玻璃高，但是一张纸的透明效果还是不错的。如果我们把这种薄纸叠加起来，一张、两张……十张呢？我们就会发现，不透明了。

大雾和碎玻璃不透明又是个什么情况呢？其实这是因为不论是大雾还是碎玻璃，已经不是一整块的物体了在这些碎片之间还有空气这个介质。光线在通过不同介质的时候会发生折射和反射，由于碎片是大量的杂乱无章的，所以光线就会在这些界面上不断地发生折射和反射，光程增加，反射面增加，最后光被碎玻璃或者是小水滴完全吸收，所以它们就不透明了。

四、为什么钻石透光而石墨是黑的

我们前面铺垫了那么多，就是为了说明金刚石和石墨为什么透光性不同。这两种物质分别是碳元素的同素异构体，金刚石的碳原子呈现出空间正四面体结构，而石墨是片层结构。我们对照前面的分析就可以知道，碳原子的直径为：91pm(10^-12米)，金刚石碳原子间距为：0.1544nm，碳原子之间以共价键结合，可见光的波长在380～780纳米。对于可见光来说，金刚石中的碳原子就是阻挡在它前进的路上的一些小点点，相当于前进的水波遇到了一些灰尘的阻挡。光波是可以轻松绕射的，每一个碳原子对光波的能量损耗极低。

对于石墨来说，它是片层结构的，同层的碳原子以sp2杂化形成共价键，每一个碳原子以三个共价键与另外三个原子相连，实际上每一层都是无限延展的π共轭体系，这种体系对各种波长的光都能吸收，光线在穿透一层层的石墨的过程中不断被石墨不同的层级表面吸收再吸收，所以导致石墨不反射任何可见光，也就是黑色。

说到这里，我们不能不提一句石墨烯这种材料，因为最近几年它实在是太火了。其实石墨烯也是石墨的一种，只不过它是更薄的石墨，甚至是只由一层碳原子结构组成的薄膜，它的透光率也是很高的，毕竟只有一层原子，它的吸收能力有限。但如果我们把很多层石墨烯叠加在一起，它也会跟石墨一样是黑色的。

关于金刚石（钻石）为什么透光，而同样是碳元素组成的石墨却不透光的科学原理就介绍到这里了，小伙伴们，你们弄明白了吗？

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