碳元素有三种杂化，sp、sp2、sp3，即金刚石全部由sp3杂化的碳元素组成(如下图)，σ共价键键能很强，形成的金刚石硬度大而木炭属于不定性碳材料，里面各种杂化轨道都有，如果以sp2为主，层间是σ共价键键能很强，层与层之间是π键组成的是范德瓦耳斯键，键能很弱，所以木炭没啥硬度，如果sp3杂化的键占了多数，则木炭也会变得很硬，这就是为什么同样是木炭硬度会有不同。
同样是碳元素组成的物质，为什么木碳和金刚石的硬度差那么大？碳元素还构成了何物质？
在化学上可以用杂化轨道理论来解释。不考虑同位素，就考虑最常见的碳元素，其电子分布如下图，中间一个原子核，外面的电子层从内往外被命名为K层、L层、M层········，碳元素K层2个电子，L层4个电子。轨道理论定义：K层只有s亚层，简称为1s；L层有s，p两个亚层，简称为2s，2p(2px, 2py, 2pz)等等。
每层其实可以容纳两个自旋相反的电子，碳元素电子层如下轨道杂化理论简单来说：就是每层电子性质是不一样的，但是在杂化轨道中，几个电子相互组合，组成新的轨道，形成一种共价键叫σ键，键能很强，另外没有被杂化的电子就形成另一种键π键，键能很弱。碳元素有三种杂化，sp、sp2、sp3，即金刚石全部由sp3杂化的碳元素组成(如下图)，σ共价键键能很强，形成的金刚石硬度大而木炭属于不定性碳材料，里面各种杂化轨道都有，如果以sp2为主，层间是σ共价键键能很强，层与层之间是π键组成的是范德瓦耳斯键，键能很弱，所以木炭没啥硬度，如果sp3杂化的键占了多数，则木炭也会变得很硬，这就是为什么同样是木炭硬度会有不同。
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