石墨是原子晶體、金屬晶體和分子晶體之間的一種過渡型晶體。在晶體中同層碳原子間以sp2雜化形成共價鍵，每個碳原子與另外三個碳原子相聯，六個碳原子在同一平面上形成正六邊形的環，伸展形成片層結構。在同一平面的碳原子還各剩下一個p軌道，它們互相重疊，形成離域π鍵電子在晶格中能自由移動，可以被激發，所以石墨有金屬光澤，能導電、傳熱。由於層與層間距離大，結合力（範德華力）小，各層可以滑動，所以石墨的密度比金剛石小，質軟並有滑膩感。

石墨每一網層間的距離為3.40Å，是以範德華力結合起來的，即層與層之間屬於分子晶體，同一網層中碳原子的間距為1.42Å，由於同一平面層上的碳原子間結合很強，極難破壞，所以石墨的熔點也很高，化學性質也穩定。鑒於它的特殊的成鍵方式，不能單一的認為是單晶體或者是多晶體，現在普遍認為石墨是一種混合晶體。



分子結構

石墨屬六方晶系，具完整的層狀解理。解理面以分子鍵為主，對分子吸引力較弱，故其天然可浮性很好。

理化性質

石墨質軟，為黑灰色，有油膩感，可汙染紙張。硬度為1～2，沿垂直方向隨雜質的增加其硬度可增至3～5。比重為1.9～2.3。比表面積範圍集中在1-20m2/g，在隔絕氧氣條件下，其熔點在3000℃以上，是最耐溫的礦物之一。它能導電、導熱。

自然界中純淨的石墨是沒有的，其中往往含有SiO2、Al2O3、FeO、CaO、P2O5、CuO等雜質。這些雜質常以石英、黃鐵礦、碳酸鹽等礦物形式出現。此外，還有水、瀝青、CO2、H2、CH4、N2等氣體部分。因此對石墨的分析，除測定固定碳含量外，還必須同時測定揮發分和灰分的含量。

石墨與金剛石、碳60、碳納米管、石墨烯等都是碳元素的單質，它們互為同素異形體。

能否導電取決於結構中是否有電子的自由移動：石墨是層狀結構，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，傳電方向主要是層狀方向，碳原子以sp2雜化軌道和鄰近的三個碳原子形成共價單鍵，構成六角平面的網狀結構，這些網狀結構又連成片層結構。

層中每個碳原子均剩餘一個未參加sp2雜化的p軌道，其中有一個未成對的p電子，同一層中這種碳原子中的m電子形成一個m中心m電子的大∏鍵(鍵)。

這些離域電子可以在整個兒碳原子平面層中活動，所以石墨具有層向的良好導電而金剛石中，由於晶體中C—C鍵很強，所有價電子都參與了共價鍵的形成，晶體中沒有自由電子,故導電性是沒有的。

石墨是混合型晶體，具有層狀結構，有大∏鍵，大∏鍵中的電子沿層面方向的活動能力很強，與金屬中的自由電子有某些類似之處，故石墨沿層面方向電導率大。金剛石是原子晶體，原子晶體熔點高，硬度大，不導電。

金剛石碳原子的所有價電子，都形成共價鍵而沒有自由電子，所以沒有導電性。而在石墨晶體中，碳原

子排列成層狀結構，在一個平面層片上碳原子排列成正六角形，碳原子就分布在各六角環的頂點

上，彼此間的距離是1.43A0。石墨是由許多這樣的相互平行的層片構成。相鄰兩層間的距離是

3.35A0 。 對每個碳原子來說，它的四個電子只有三個與它在同一平面層內的另外三個碳原子形

成共價鍵，在層與層之間，由於距離較遠，它們不是以化學鍵聯結，而是以較弱的分子間引力相

聯結。因此，各層間容易滑移和分離，使石墨具有質軟滑膩的特性。由於石墨有一個比較自由的、

未成鍵的電子，故石墨能導電。