化学教案－探索分子构建的奥秘

第一节    金刚石是最硬的物质吗？

教学目标

    了解物质硬度的表示方法和物质硬度差异的主要原因。

    理解形形色色的物质是如何形成的？

    理解化学键的概念和化学键的种类

教学重点

    物质硬度差异的主要原因，化学键的概念。

教学难点

    化学键的概念

一、常见物质的硬度

奥地利物理学家摩斯把10种常见的矿物按硬度由小到大分为10级。

①滑石②石膏③方解石④氟石⑤磷灰石⑥正长石⑦石英⑧黄玉⑨金刚砂⑩金刚石

问题：金刚石和石墨是同素异形体，为什么硬度差异这样大？

金刚石和石墨一样，都是由碳组成的，之所以硬度差异县殊，是因为它们的原子结构完全不同。通过X光，可以看到，在金刚石晶体中，碳原子排列成空间的四面体型的结构，它的每一个方都有相同的硬度。而石墨中的碳原子排列成一片片平面的六边形结构，片与片的结合力微弱，所以石墨很容易裂成薄片。由于地球上天然金刚石很稀少，从本世纪50年代开始，很多国家都在进行通过一定条件把石墨转化为金刚石的尝试，在摄氏1800度的高温和7万个大气压的条件下，人们终于将石墨变成了人造金刚石。今天，随着现代科技和现代工业的发展，金铡石已从单纯的工艺原料，变为重要的工业材料。目前，金刚石年产量(包括天然和人造)已达1亿克拉(20吨)以上。

如何鉴别钻石的真假

钻石由于价格昂贵及稀有，使得有些不法商人利用假货来获利，有没有迅速准确的方法将钻石与形形色色的假钻石区分开呢?方法是有的，而且不止一种。

    在叙述这些区分的方法之前，我们将钻石及其代用品的性质列一个表，以便看出它们之间在什么地方有区别:

    在表中，将钻石的可能代用品(及冒充品)分成三类：第一类包括立方氧化锆、GGG等四种，它们的光学性质，即折光率和色散都与钻石相近，并且都是均质体没有双折射，因此，琢磨出的宝石成品外观上与钻石非常相似，为了区分，只有根据硬度、比重和导热性；第二类包括锆石、人造金红石等四种，它们的成品外观也与钻石相似(但不如第一类)，但因为都有很高的双折射率，在成品上都可以看出明显的双影，与钻石容易区别。当然，它们的硬度、比重和导热线，与钻石也有很大的不同；第三类包括无色蓝宝石、水晶等五种，它们的特点是折光率低，外观与钻石不够相似。因此，在有条件时可以用折光仪测定它们的折光率。当测出折光率数字后，立即可以知道它是代用品而不是钻石。当然，它们的硬度和导热性，也与钻石有很大的差别。

     总起来看，钻石与它的所有代用品(或冒充品)之间，最大的区别有两点，一是硬度，二是导热性。因此，可以根据这两种差别制造出仪器，用来迅速、准确地区别钻石和所有的代用品 或假冒品。

     钻石测定仪

     导热性指物质对于热的传导能力，凡导热性强的物质，都能迅速传送热量，例如人们熟知的金屑铜、铝等。当人们用手摸铜、铝时，由于它们会将人手上的热迅速传开，因此感到这些金属是“冰凉的”。又例如木材，它的导热性很弱，因此人手摸上去是温热的。

 导热性的强弱，可以用数字来表示，数字越大的导热性越强，例如，铜的相对导热性为0.927，铝为0.485。由表可以看出钻石的导热性非常强，竟然超过了铜和铝，相对导热性高达1．6—4．8。而钻石的那些代用品呢，导热性都比钻石弱得多。由表可看出，大多数代用品的导热性都低于 0.01，即比钻石底100倍以上，像玻璃，它的导热性最差，竞比钻石低1000多倍。蓝宝石虽然导热性较高，可比钻石也要低10多倍甚至几十倍。

     这样，如果制造出一种仪器，能够迅速测出宝石的导热性，那区分真钻石与假钻石真是易如反掌了。这种仪器已经有了，它的英文名称叫做“Diamond Master”，中文可以译成 “钻石测定仪”。 下图是钻石测定仪的照片。它的形状像一个电表，外联一根电线，电线前端像一支钢笔，钢笔顶端是“探头”。使用时打开开关接通电源(一般用9v电池)，将探头与被测的宝石接触(宝石事先须擦干净，不能有油腻污垢)，这时仪器上的指针就开始转动，当转动的偏角很大，超过仪器上标定的区域时，被测宝石就是真钻石，如果指针的偏转角很小，达不到标定的区域，那被测宝石就是假钻石。

     最简单的钻石测定仪，只能显示出被测宝石是真钻石还是假钻石；构造复杂一些的钻石测定仪，还可以估计出假钻石是什么，例如是立方氧化佬，或者是YAG等。由于制造厂家的不同，这种仪器