虽然金刚石和石墨都是由碳原子组成，但由于碳原子排列顺序的不同，金刚石和石墨的物理性质也有所不同。金刚石是立方晶体结构。在金刚石晶体中，每个碳原子在SP3杂化轨道上与其他四个碳原子形成共价键，形成正四面体。由于金刚石中存在较强的碳碳键，金刚石具有较高的硬度和熔点;因为所有的价电子都被限制在共价键区域，没有自由电子，所以钻石不导电。所有石墨在sp2杂化轨道上与相邻的三个碳原子形成三个共价单键，排列成平面六边形网络结构。这些网络结构通过范德华力连接成平行平面，形成层状结构，属于六方晶体体系，具有完整的层状解理。解理表面以分子键为主，对分子吸引力较弱，自然可浮性很好。但由于同一平面层上的碳原子结合较强，难以被破坏，石墨的熔点也较高，化学性质稳定。
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