碳是自然界中最常見的元素之一，也是地球上含量最豐富的元素之一，有很多常見物質都主要由碳元素組成。比如動植物和菌類等生命物種本身和這些生物遺體形成的煤、石油、天然氣等，再如石頭的主要成分是碳酸鈣，其中也有大量的碳元素。不過這裡我們重點講一下金剛石和石墨，這兩種東西都由純粹的碳元素組成，不像其他物質還有大量其他元素，然而這兩種東西各自呈現出來的性子卻完全不同。

金剛石可以做成鑽石，也可以說鑽石就是金剛石，其硬度非常高，是自然界中已知硬度最高的物質，其摩氏硬度是硬度為10，也是唯一一種摩氏硬度為10的自然界物質。但是石墨就不同了，它是自然界中最軟的物質之一，而且是又滑又軟，因此常被用作潤滑劑。

硬度不同之外，這兩種東西的色澤度也很不相同，石墨的顏色非常黑，是漆黑而不透明的，但是鑽石卻是透明的，透光性很好。

另外還有一個很大的不同就是金剛石並不導電，是良好的絕緣體；但是石墨的導電效能非常好，是優良的導體，甚至可以將石墨粉做成炸彈，這種石墨炸彈如果在敵方的發電廠、變電廠和供電系統上空中被引爆，飄灑下來的石墨碳纖維就可以將敵方的供電設施癱瘓掉，那麼敵方的工廠就無法運轉，城市也會陷入癱瘓狀態。

既然金剛石與石墨都是由碳元素組成的單質，它們的物理性質為什麼還會有這麼大的差異呢？這是由於其碳原子排列方式不同造成的。

金剛石和石墨都是碳元素的同素異形體。石墨中每個碳原子的周邊連結著另外三個碳原子，排列方式呈六邊形，以共價鍵結合，構成共價分子，這樣石墨中每個碳原子與其他碳原子只形成3個共價鍵，每個碳原子仍然保留1個自由電子來傳輸電荷，所以石墨可以導電。而且石墨中碳原子的結構為六角形，相互之間呈片狀重疊，這種層狀結構導致石墨受壓後很容易滑動，硬度也不高，所以石墨摸上去非常滑潤，是良好的固態潤滑劑。又因為扁平的石墨片材可吸收不同波長的光，因此表現為不透明的黑色。

但是金剛石晶體為正四面體結構，其中碳原子的4個孤對電子可以全部形成共價鍵，因此就沒有自由電子，這樣金剛石就不能導電。而且金剛石中碳原子以四價鍵連結，由於鑽石中的C-C鍵很強，所有的價電子都參與了共價鍵的形成，形成金字塔狀的晶體結構，所以金剛石硬度非常大。且金剛石的這種結構也使得它可吸收的光波段很少，照射到金剛石上的光線大部分被反射出去，因此它雖然硬度很高，看上去卻是透明的。

不過石墨和金剛石的分子和原子結構很難解體，因此它們都很耐高溫，金剛石的熔點是3550℃，而石墨常溫下壓根就沒有熔點，它會在3652℃～3697℃直接昇華，因此石墨常被作為耐溫材料應用於各種高溫隔溫設施中。

回答：原因是結構不同導致的。具體原因且聽老郭為您細細道來。

我們在日常生活中遇到的透明物質也是有不少的，空氣、玻璃、水晶、鑽石、水、某些樹脂材料等等都能透光，甚至是一些很薄的紙張也是能透光的。我們看到，其實所謂的透明就是透光，光可以從物質的一個表面進入，從與這個表面平行的另外一個面透出的現象這就是透明。

答案是否定的。首先拿玻璃來說，玻璃是我們日常都非常常見的透明物質，但實際上，我們真正接觸的玻璃，在平時的應用當中，也就是幾毫米的厚度，100毫米的玻璃磚都是很少見的。如果我們把玻璃碾碎成為玻璃渣，我們會發現玻璃就不透明瞭。其次，我們再來說說水。從超市裡面買回來的純淨水和礦泉水都是清亮透明的，我們捧起一捧海水也是如此（有泥沙的除外）。然而我們都知道，在海洋300米以下除了微弱的藍光，基本上就沒有光線了。同樣，在大霧天（空氣中的小水滴）能見度很差，我們的視野看不了多遠的距離。

我們小結前面的分析可以看出，一個物體是不是透光，跟它的組成材料，形狀、狀態和透光的厚度等物理引數有關。那麼這裡面是不是有什麼科學道理呢？是有的，由於光具有波粒二象性，透光的科學原理可以從波動性和粒子性兩個角度給出說明。

第一、透明的科學原理

從波動性的角度來說，透光物質的分子一般都比較小，分子間的間距都比較大。這種情況下，光波可以輕鬆繞過阻擋它前進的分子，就像湖水中的一個小物體不能阻擋水面波動的傳播是一個道理的。

從量子力學的角度來說，空隙很大，絕大部分光線可以輕鬆穿過，沒有阻擋。這就像是兩個人在操場上相向跑步，他們是很難撞在一起的，因為太開闊了。但如果這兩個人是在一個狹窄的衚衕裡相向而行，那撞上的機率就大。

第二、不透明的科學原理

前面提到的海底過了300米深度就基本上不透光了，這是因為，光在前進的過程中遇到的物質實在是太多了，雖然一點點的繞射能量損失沒有什麼，但是經過不斷的積累，達到一定深度的時候光線基本上都被海水吸收完畢。所以300米下的海水是漆黑一片的。那種透明的薄紙也是這個道理，雖然透明度沒有玻璃高，但是一張紙的透明效果還是不錯的。如果我們把這種薄紙疊加起來，一張、兩張……十張呢？我們就會發現，不透明瞭。

大霧和碎玻璃不透明又是個什麼情況呢？其實這是因為不論是大霧還是碎玻璃，已經不是一整塊的物體了在這些碎片之間還有空氣這個介質。光線在透過不同介質的時候會發生折射和反射，由於碎片是大量的雜亂無章的，所以光線就會在這些介面上不斷地發生折射和反射，光程增加，反射面增加，最後光被碎玻璃或者是小水滴完全吸收，所以它們就不透明瞭。

我們前面鋪墊了那麼多，就是為了說明金剛石和石墨為什麼透光性不同。這兩種物質分別是碳元素的同素異構體，金剛石的碳原子呈現出空間正四面體結構，而石墨是片層結構。我們對照前面的分析就可以知道，碳原子的直徑為：91pm(10^-12米)，金剛石碳原子間距為：0.1544nm，碳原子之間以共價鍵結合，可見光的波長在380～780奈米。對於可見光來說，金剛石中的碳原子就是阻擋在它前進的路上的一些小點點，相當於前進的水波遇到了一些灰塵的阻擋。光波是可以輕鬆繞射的，每一個碳原子對光波的能量損耗極低。

對於石墨來說，它是片層結構的，同層的碳原子以sp2雜化形成共價鍵，每一個碳原子以三個共價鍵與另外三個原子相連，實際上每一層都是無限延展的π共軛體系，這種體系對各種波長的光都能吸收，光線在穿透一層層的石墨的過程中不斷被石墨不同的層級表面吸收再吸收，所以導致石墨不反射任何可見光，也就是黑色。

說到這裡，我們不能不提一句石墨烯這種材料，因為最近幾年它實在是太火了。其實石墨烯也是石墨的一種，只不過它是更薄的石墨，甚至是隻由一層碳原子結構組成的薄膜，它的透光率也是很高的，畢竟只有一層原子，它的吸收能力有限。但如果我們把很多層石墨烯疊加在一起，它也會跟石墨一樣是黑色的。