金剛石和石墨在一定條件下可以發(fā)生轉(zhuǎn)化,這個轉(zhuǎn)化是物理變化還是化學(xué)變化呢?我們可從以下幾個方面的分析來回答這個問題.
1．化學(xué)變化的特征
我們知道,化學(xué)變化通常叫做化學(xué)反應(yīng).化學(xué)變化是變化時都生成了其他物質(zhì)的變化.物質(zhì)通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾再|(zhì)上完全不同的新物質(zhì),這就是化學(xué)變化的特征.當(dāng)石墨這種由碳組成的單質(zhì)在一定的條件下變成金剛石時,雖然金剛石也是由碳組成的單質(zhì),但金剛石的性質(zhì)和石墨大不相同（化學(xué)性質(zhì)石墨比金剛石活潑些）；它是碳的另一種單質(zhì).這就可見變化過程中金剛石是由石墨變成的新物質(zhì).有新物質(zhì)生成的變化,就不是物理變化.
2．晶體結(jié)構(gòu)
石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸瘯r,石墨晶體結(jié)構(gòu)被破壞；石墨中層與層之間不牢固的結(jié)合力拉斷或變動,或同時也將六角平面上各碳原子間的化學(xué)鍵和結(jié)合方式來個“大變動大改組”,使它們之間的結(jié)合按照金剛石的形式和要求,有規(guī)則地結(jié)合成為立方面心結(jié)構(gòu).即由石墨的層狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸恼拿骟w結(jié)構(gòu).根據(jù)同一種物質(zhì)只有一種結(jié)構(gòu)的事實,石墨和金剛石是晶體結(jié)構(gòu)不同的兩種物質(zhì).既然變化過程中由一種物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N物質(zhì),就不是物理變化.由此可見,物質(zhì)由一種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N結(jié)構(gòu)是個化學(xué)變化過程.
3．熱效應(yīng)
一個化學(xué)反應(yīng)在進行時,常伴有能量的變化,這個能量變化可以表現(xiàn)為光能、電能、機械能或熱能等形式,而常表現(xiàn)為熱能形式,有時要釋放熱量,有時則吸收熱量.金剛石在隔絕空氣的條件下加熱到1000℃,可轉(zhuǎn)變?yōu)槭?br/>這個轉(zhuǎn)變是個放熱反應(yīng).說明了在這個轉(zhuǎn)變過程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時的能量轉(zhuǎn)化為熱的形式.當(dāng)石墨變成金剛石時就是一個吸收熱能的化學(xué)反應(yīng).因此,石墨在一定條件下轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸皇俏锢碜兓?
4．催化劑
石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸氃诟邷馗邏合逻M行,甚至在溫度2000℃～4000℃和壓強6萬～12萬個大氣壓下,這個轉(zhuǎn)變速率仍然不大,還需用鉻、鐵和鉑等作催化劑.根據(jù)催化劑只能改變化學(xué)反應(yīng)速率的原理,催化劑就不能改變物理變化的速率了.石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸瘯r,使用催化劑是為了加快反應(yīng)速率.如果這一轉(zhuǎn)變是物理變化的話,使用催化劑不就失去了意義嗎?可見這個轉(zhuǎn)變不是物理變化.
綜上所述,金剛石和石墨在一定條件下的相互轉(zhuǎn)化是個化學(xué)變化.凡是同素異形體在一定條件下的互變都是化學(xué)變化.有人說金剛石和石墨在一定條件下的相互轉(zhuǎn)化是個物理變化過程,這種說法是不正確的