ダイヤモンドと黒鉛の違い（性質や構造など）

【プロ講師解説】このページでは『ダイヤモンドと黒鉛の性質や構造の違い』について解説しています。解説は高校化学・化学基礎を扱うウェブメディア『化学のグルメ』を通じて6年間大学受験に携わるプロの化学講師が執筆します。

ダイヤモンド

ダイヤモンドCは、炭素C原子がもつ４コの価電子が隣り合うC原子の価電子と共有結合して、正四面体の構造が繰り返された立体網目状構造をしている。

したがって、ダイヤモンドは極めて硬く、融点も非常に高い。また、（伝導に必要な価電子が全て共有結合を作るために使われているので）電気伝導性も低く、（光を遮る価電子がなく可視光は全て通過するため）色は無色透明である。

ちなみに、ダイヤモンドの共有結合結晶の単位格子は次のようになる。

単位格子の頂点を占めるC原子（1/8）を赤、面上のC原子（1/2）を青、格子内部の丸々一個のC原子を緑で表している。

単位格子に含まれるC原子の数は…

\[
\mathtt{ \frac{ 1 }{ 8 }×8+\frac{ 1 }{ 2 }×6+1×4=8(コ)}
\]

８（コ）となる。

さらに、ダイヤモンドの単位格子の配位数は…

C原子は周りの４コのC原子と接している。
したがって、ダイヤモンドの単位格子における配位数は４となる。

黒鉛

黒鉛Cは、炭素原子がもつ４コの価電子のうち３コのみを使って隣り合う炭素原子の価電子と共有結合し、正六角形の構造が繰り返された平面層状構造を作っている。また、この平面層状構造同士が分子間力によって緩く結合している。

したがって、黒鉛は比較的柔らかく、また層の部分から薄く剥がれやすい。また、（伝導に必要な価電子が１つ残っているので）電気伝導性があり、（光を遮る価電子が１つ残っているので可視光は一部しか透過せず）色は黒色である。

ダイヤモンドと黒鉛の違いまとめ

ダイヤモンドは非常に硬く、黒鉛は軟らかくはがれやすい
ダイヤモンドに電気伝導性はないが、黒鉛にはある

黒鉛とダイヤモンドの違いを問う記述問題

問１

ダイヤモンドと黒鉛の違いについて、200文字以内で述べよ。ただし「立体網目状構造」「電気伝導性」「ファンデルワールス力」「価電子」の用語は必ず含めること。

【問１】解答/解説：タップで表示

解答：以下参照

ダイヤモンドは正四面体の構造が繰り返された立体網目状構造をしているため硬くで丈夫であるのに対し、黒鉛は正六角形の構造が繰り返されてできた平面層状構造がファンデルワールス力により結合しているため柔らかくてもろい。
また、ダイヤモンドは４コの価電子が全て結合に使われているため電気伝導性がないが、黒鉛は３コしか使われていないため余っている１コの価電子が自由電子の様に働くので電気伝導性がある。

問２

ダイヤモンドと黒鉛の色をそれぞれ答えなさい。また、なぜ色の違いが生じるのか100文字以内で述べなさい。

【問２】解答/解説：タップで表示

解答：以下参照

ダイヤモンド：無色透明（無色）　黒鉛：黒色
ダイヤモンドは４コの価電子が全て結合に使われているため、光を遮る価電子がなく可視光は全て通過し色は無色透明になる。黒鉛は１コ価電子が余っているので可視光は一部しか透過せず色は黒色になる。

ダイヤモンドと黒鉛の違い（性質や構造など）

ダイヤモンド

黒鉛

ダイヤモンドと黒鉛の違いまとめ

黒鉛とダイヤモンドの違いを問う記述問題

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