(摘自《系统相对论》第二版第二章第6节)

现代化学认为，石墨是碳质元素结晶矿物，它的结晶格架为六边形层状结构。属六方晶系，具有完整的层状解理。解理面之间以分子键为主，对分子吸引力较弱。在石墨晶体中，同层的碳原子以sp2杂化形成共价键，每一个碳原子以三个共价键与另外三个原子相连。六个碳原子在同一个平面上形成了六边形的环，伸展成片层结构，这里C-C键的键长皆为142pm，这正好属于原子晶体的键长范围，因此对于同一层来说，它是原子晶体。在同一平面的碳原子还各剩下一个p轨道，它们相互重叠。电子比较自由，相当于金属中的自由电子，所以石墨能导热和导电，这正是金属晶体特征。因此也归类于金属晶体。石墨与金刚石都是碳元素的单质，它们互为同素异形体。

常见的石墨晶体结构图都将碳原子作为点粒子看待，使得石墨的一些特性不容易直观理解。根据系统相对论的碳原子模型，绘制石墨晶体结构如图2-14所示（另见彩图4）。图中的碳原子核为碳12，它呈对称平面结构；如果在碳12的结构中心增加一个中子，就成为碳13。

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从上图可以看出，6个碳原子通过亚核力形成六边形结构，这种亚核力包括核间质子端面间的作用和核间质子斜面间的作用两种类型。系统相对论推测，核间质子端面间的作用建立之前，它们端部的电子会自动脱落而成为游离态电子。核间质子斜面间的作用建立后，其中一个2p轨道被占用（参见图7-6），该轨道上的束缚电子也成为游离态电子。正是大量游离电子的存在，使得石墨具有良好的导电性和导热性。

相邻解理面间不存在上述核间直接相互作用，它们间的作用主要是中性场间的引力作用。这个引力作用较上述亚核力要弱得多，因此石墨晶体在层与层之间比较容易分离。