石墨的化学式
石墨，作为一种常见的矿物和重要的工业材料，其化学式非常简单，为C。这意味着它完全由碳元素组成，与金刚石、富勒烯和碳纳米管等物质互为同素异形体。尽管化学式相同，但这些物质因碳原子排列方式的不同，在物理性质上表现出天壤之别。石墨的独特性质，正是源于其内部碳原子特殊的层状结构。
结构与性质的关系
在石墨晶体中，每个碳原子通过sp²杂化轨道与同一平面内的三个相邻碳原子形成牢固的共价键，从而连接成无限延伸的六角形蜂巢状层。这些层与层之间则依靠较弱的范德华力结合，间距较大。这种“内强外弱”的结构是理解石墨特性的关键。层内强大的共价键赋予了石墨高熔点和高稳定性；而层间微弱的作用力使得层与层很容易滑动，因此石墨质地柔软，具有优异的润滑性，并能在纸上留下痕迹（作为铅笔芯的原理）。同时，层内每个碳原子剩余的一个未参与杂化的p电子在整个平面内自由移动，形成了离域π键，这使石墨能够导电，成为良好的导电体。
应用与意义
正是基于其独特的层状结构和由此带来的性质，石墨在众多领域不可或缺。它被广泛用于制造电极、电刷、电池（如锂离子电池负极）、高温坩埚、润滑剂、铅笔芯以及石墨烯的原材料。从简单的化学式C出发，深入探究其微观结构，我们便能理解为何同一种元素能形成性质迥异的物质。石墨的例子完美地诠释了“结构决定性质”这一化学核心思想，展示了物质世界在简单元素构成下的复杂性与多样性。