石墨

石墨

概述

石墨（Graphite），又稱黑鉛（Black Lead），是碳的一種同素異形體（碳的其他同素異形體有很多，為人熟悉的例如鑽石）。作為最軟的礦物之一，石墨不透明且觸感油膩，顏色由鐵黑到鋼鐵灰不等，形狀可呈晶體狀、薄片狀、鱗狀、條紋狀、層狀體，或散佈在變質岩之中（由煤、碳質岩石或碳質沉積物，受到區域變質作用或是岩漿侵入作用形成）。化學性質不活潑，具有耐腐蝕性。

結構 (雙層)石墨的旋轉視圖。 石墨層狀結構側視圖。 石墨層狀結構上視圖

石墨具有層狀的平面結構，結構如左圖所示。每層中碳原子都排列成蜂窩狀晶體結構，層內原子間距0.142nm，層間距0.335nm。層內每個碳原子的週邊以共價鍵連結著另外三個碳原子，排列方式呈蜂巢式的多個六邊形，每層間有微弱的范德華力。由於每個碳原子均會放出一個電子，那些電子能夠自由移動，因此石墨屬於導電體。

用途 由於石墨的疊層結構易剝落，可於紙上書寫。

它的用途包括製造鉛筆筆芯和潤滑劑或集電弓上的碳刷條，也可作為壓力管式石墨慢化沸水反應爐的中子減速劑。

目前主要用途是耐火材料的原材料，尤其是鎂碳磚。自然界自然形成的石墨可分為鱗片石墨和土狀石墨。

因晶體結構中存在大量離域電子，石墨可以導電，其與晶體層平行的方向電阻率為(2.5～5.0)×10-6Ω·m，與層垂直的方向電阻率為3×10-3Ω·m。

電解中的惰性電極可以由鉑製作，但由於會受鹵素侵蝕，所以在會產生鹵素（例如:電解食鹽鹽水）的電解時使用石墨替代鉑，作為惰性電極。

核石墨 熔鹽反應爐實驗中用到的石墨堆芯

核石墨指可用於核反應爐的石墨，作為中子減速劑和中子反射體。核反應爐可採用任何品級的石墨。石墨耐高溫、純度高，是迄今為止核反應爐中極為重要的原材料。核石墨也用於文德爾施泰因7-X等核融合反應爐。

存在形式

碳的存在形式是多種多樣的，有晶態單質碳如金剛石俗稱鑽石、石墨；有無定形碳如煤；有複雜的有機化合物如動植物等；碳酸鹽如大理石等。單質碳的物理和化學性質取決於它的晶體結構。高硬度的金剛石（鑽石）和柔軟滑膩的石墨晶體結構不同，各有各的外觀、密度、熔點等。

參看 碳纖維 奈米碳管 鑽石 富勒烯 石墨烯 石墨層間化合物 藍絲黛爾石 參考 外部連結 （英文） 石墨 - Webmineral （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） （英文） 石墨 - Mindat （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） （英文） 電池級石墨 （英文） Graphite at Minerals.net （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） （英文） Mineral galleries （英文） Mineral & Exploration – 2012年石墨礦和生產者的世界地圖 （英文） Mindat w/ locations （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） （英文） giant covalent structures （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） （英文） The Graphite Page （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） （英文） Video lecture on the properties of graphite by Prof. M. Heggie （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, University of Sussex （英文） CDC – NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

來源

• 石墨

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校對記錄

• 2026-05-05 確認錯誤：「化學性質不活潑，具有耐腐蝕性」表述過於絕對，石墨在高溫或強氧化條件下會反應，不宜概括為普遍耐腐蝕 → 正確：石墨的化學性質通常較不活潑，具有一定耐腐蝕性，但在高溫或強氧化條件下仍可能發生反應，不能概括為絕對耐腐蝕。
• 2026-05-05 確認錯誤：「由於每個碳原子均會放出一個電子，那些電子能夠自由移動，因此石墨屬於導電體」原因表述不精確；石墨導電是因為每個碳原子形成三個σ鍵後剩餘的π電子可離域，不是「放出一個電子」 → 正確：石墨的導電性主要來自每個碳原子形成三個σ鍵後，剩餘的π電子可在層間離域並移動，而非每個碳原子「放出一個電子」。
• 2026-05-05 確認錯誤：「核反應爐可採用任何品級的石墨」明顯不準確。核石墨對純度、雜質截面、各向異性等有嚴格要求，不能說任何品級都可用 → 正確：核反應爐不能使用任何品級的石墨；核用石墨對純度、雜質含量、吸收截面、結構與各向異性等都有嚴格要求。
• 2026-05-05 確認錯誤：「石墨耐高溫、純度高，是迄今為止核反應爐中極為重要的原材料」將「純度高」當作石墨本身的一般特性不恰當；核用石墨通常是經過特殊提純和加工後的材料，不能直接概括為所有石墨都純度高 → 正確：石墨本身可耐高溫，但「純度高」不是所有石墨的普遍性質；核反應爐所用石墨通常是經過特殊提純與加工的核級石墨。