金剛石不與一般酸、堿或化學(xué)物質(zhì)作用,石墨則較活潑。石墨片層之間的距離大,片層間結(jié)合松,許多分子和離子能滲入層間形成插人化合物(intercalation compound)或稱為層狀化合物(lamellar compound),總稱為石墨化合物(graphite compound)。這些插入物的滲入基本上不改變石墨原有的層狀結(jié)構(gòu),但片層間的距離增加,表現(xiàn)為石墨“膨脹”了,其它性質(zhì)也有變化。這些化合物為非整比化合物(即組成不定,原子個(gè)數(shù)比也非整數(shù)比的一類化合物),多數(shù)具有催化性能。按電學(xué)性質(zhì)可分為導(dǎo)體和非導(dǎo)體兩大類:
導(dǎo)體(離子型化合物):指堿金屬,Cl2、Br2,金屬鹵化物(如FeCl3、AsF5、SbF5、UCl4…),氧化物(如MoO3)和硫化物(如FeS2)與石墨反應(yīng)而形成的化合物。在這些化合物中,石墨片層和π電子體系不變,但片層由于插入物的滲入得到電子或失去電子(如K→K++e-,使片層帶負(fù)電荷;Cl2+2e-→2Cl-,在片層中留下“空穴”而使片層帶正電荷),其導(dǎo)電性超過石墨的。例如SbF5-石墨的導(dǎo)電能力為石墨的15倍,它是甲基戊烷裂解和異構(gòu)化的催化劑和制備氟碳化合物的潤滑劑。用過量鉀處理石墨得到銅色、順磁性的C8K,其碳層間的距離約為0.55nm。這種物質(zhì)很活潑,在空氣中能燃燒。加熱則分解為藍(lán)色的C24K,C36K,C48K和C60K。C24K是還原烯烴和炔烴的催化劑。在有少量氧化劑存在的條件下,石墨能與一些強(qiáng)酸反應(yīng)而生成石墨鹽如石墨硫酸氫鹽C24+HSO4-·2H2SO4,它是一種由于正電荷空穴引起導(dǎo)電性增強(qiáng)的石墨化合物。
非導(dǎo)體(共價(jià)型化合物):氟和氧(指與強(qiáng)氧化劑——濃HNO3、HClO4或KMnO4反應(yīng))與石墨形成的化合物屬于共價(jià)型。在這些化合物中,氟和氧同石墨平面中的碳原子結(jié)合時(shí)用到離域π健的電子,所以π電子體系被破壞,它們不導(dǎo)電,而且碳平面是曲折的。例如石墨與F2在723K條件下,反應(yīng)面得到的聚一氟化碳(CF)x,為灰色或白色固體,碳層內(nèi)C—C距離為0.154nm,層間距離為0.66nm,它是一種能抗大氣氧化的潤滑劑。