Почему алмаз прозрачен, а графит нет?

Ответ заключается в зонной структуре двух материалов. Зонная структура описывает, как связаны электроны в твердом теле и какие другие энергетические состояния им доступны.

Проще говоря, ширина запрещенной зоны для прозрачных бриллиантов очень широкая (см. эту ссылку ):

Обычно алмаз не является проводником: все электроны живут в «валентной зоне», и вам нужен фотон с энергией не менее 5,4 эВ, чтобы протолкнуть электрон в зону проводимости. В процессе этот фотон будет поглощен. Фотон с меньшей энергией не может отдать свою энергию электрону, потому что этому электрону «некуда деться». А поскольку видимый свет имеет энергию от 1,65 до 3,1 эВ , только УФ-фотоны обладают достаточной энергией для поглощения чистым алмазом.

Эта же ссылка также описывает, как примеси вызывают цвет в алмазе: например, атомы азота создают «промежуточный» энергетический уровень, и это приводит к появлению более энергичных электронов, которые могут перепрыгнуть через щель в зону проводимости и поглотить свет.

Напротив, графит является проводником. Как проводник, он уже имеет электроны в зоне проводимости. Вы знаете это, потому что даже крошечное напряжение вызовет ток — это говорит нам о том, что электроны не нужно было сначала «поднимать» в зону проводимости. А поскольку электроны легко поглощают любое количество энергии, материал поглощает все длины волн света, что делает его черным.

Алмазы нестабильны по сравнению с углем (точнее, графитом), поэтому для образования алмазов из графита требуются высокие температура и давление. Причина того, что уголь (графит) черный, а алмазы — прозрачный, связана с тем, как атомы углерода связаны друг с другом в двух разных формах углерода. В алмазе каждый атом углерода связан со своими соседями, как вершины пирамиды. В графите (угле) атомы соединены друг с другом плоскими плоскостями. Плоские плоскости могут поглощать свет всех длин волн (цветов), в то время как пирамиды в алмазах не могут поглощать видимый свет и в результате прозрачны. Причина этой разницы в том, что электроны в больших плоских листах графита могут «колебаться» на многих частотах, но сильно связанные и стесненные электроны в алмазе не могут «колебаться». Графит состоит из плоских листов углерода, похожих на сланцы, и в основном продолжает двигаться во всех направлениях до конца листа. Алмаз представляет собой 7-углеродный кристалл, который является трехмерным и, следовательно, придает кристаллу свойства преломления света. Цвет является результатом поглощения или отражения света. Черный означает, что все возможные цвета поглощаются, а белый означает, что все цвета отражаются. В случае с алмазом он прозрачный, потому что через него проходит свет. Графит состоит из плоских листов углерода, похожих на сланцы, и в основном продолжает двигаться во всех направлениях до конца листа. Алмаз представляет собой 7-углеродный кристалл, который является трехмерным и, следовательно, придает кристаллу свойства преломления света. Цвет является результатом поглощения или отражения света. Черный означает, что все возможные цвета поглощаются, а белый означает, что все цвета отражаются. В случае с алмазом он прозрачный, потому что через него проходит свет.