【化学组成】成分纯净者极少，往往含大量的(10%～20%)各种杂质如粘土、沥青及SiO2、Al2O3、FeO等各类氧化物混入物。
图Z-8石墨的晶体结构(2H多型)
(引自潘兆橹等，1993)
【晶体结构】六方晶系；a0=0.246nm,c0=0.680nm；Z=4。
石墨具典型的层状结构(图Z-8)：C成层排列，每个C与相邻的3个C之间以等距相连，每一层中的C按六方环状排列，上下相邻层的C六方环通过平行网面方向相互位移后再叠置形成层状结构，位移的方位和距离不同就导致不同的多型结构。上下两层中的C之间的距离比同一层内的C之间的距离要大得多(层内C—C间距=0.142nm，层间C—C间距=0.340nm)。石墨是一种多键型的晶体，层内主要为共价键，也有部分金属键，这是因为每个C的3个外层电子占据3个sp2杂化轨道中，而sp2杂化轨道呈平面三方对称分布，因此可与层内周围3个C成3个σ键(共价键)，还有一个外层电子占据未参加杂化的一个p轨道中，此p轨道垂直层面，同一层内的不同碳原子的这一p轨道相互平行、重叠，形成一个大π键(金属键)。而层间则为分子键。这种化学键的差异造成石墨的物性具明显的异向性，并具导电性。
石墨具两种不同的多型，除图Z-8常见的2H型外，还有3R型。
【形态】单晶体呈片状或板状,但完整的却极少见。通常为鳞片状,块状或土状集合体（图Z-9）。
图Z-9石墨的集合体
【物理性质】颜色和条痕均为黑色；半金属光泽；隐晶质的则暗淡。平行{0001}解理极完全。硬度1～2。相对密度2.21～2.26。解理片具挠性。有滑感，易污手。具导电性。
【成因及产状】石墨是高温变质作用的产物。
我国石墨产地很多，其中以黑龙江鸡西市柳毛为最大的产地。
【鉴定特征】黑色，硬度低，相对密度小，有滑感。如果将硫酸铜溶液润湿的锌粒放在石墨上，则可析出金属铜的斑点，在与石墨相似的辉钼矿上则无此种反应。
【主要用途】石墨由于其熔点高，抗腐蚀，不溶于酸等特性，用于制作冶炼用的高温坩埚;具滑感，作为机械工业的润滑剂；导电性良好，又可制作电极等。成分纯净的所谓高碳石墨可做原子能反应堆中的中子减速剂及供国防工业应用。3R型石墨用于人工合成金刚石的原料,因它容易转化为金刚石。
金刚石与石墨是人们熟知的两种由碳原子组成的单质晶体，1985年以前人们一直认为碳的结晶态同质多像变体只有这两种。1985年，英国的H.W.Kroto和美国的R.E.Smalley及R.F.Carl进行合作研究，用激光轰击石墨靶以尝试用人工方法合成一些宇宙中的长链碳分子。在所得产物中，他们意外地发现了碳原子的一种新颖排列方式：60个碳原子排列于一个截角二十面体的60个顶点，构成一个与现代足球形状相同的中空球状分子，称C60分子。C60分子做最紧密堆积就可形成C60晶体。这一发现使Kroto、Smalley和Carl3人荣获1996年诺贝尔化学奖。除C60外，这种由碳原子组成的球状(笼状)分子还有C70、C50、C36等等，它们被统称富勒烯(fullerenes)，也有人称它们为足球烯(footballenes)。
正当有关C60等富勒烯的工作迅速在全球掀起热潮甚至逐渐形成一个专门学科之时，碳晶体家族中又发现了新成员，这就是纳米碳管(Carbonnanotube)，它是于1991年由日本Iijima在氩气中直流电弧放电后的阴极碳棒沉积碳黑中发现的。纳米碳管的结构相当于一层(或多层)石墨层状结构卷曲后形成的管状。
富勒烯与纳米碳管的发现引起了科学界的广泛关注，这种特殊的笼状、管状结构开辟了分子成键、分子结构化学的新领域。就像当年发现地球是圆的时候那样使人们感到惊叹!虽然目前在地质体中尚未发现富勒烯与纳米碳管，但还是有必要在此做简单介绍。
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