石墨的原子结构是材料科学中的重要内容，其结构特点可总结如下：

一、基本结构单元

六边形层状结构

石墨由多层六边形碳原子网络组成，每个碳原子通过sp²杂化形成共价键，与相邻三个碳原子构成正六边形环。这种结构在层内形成蜂窝状网络，层与层之间通过较弱的分子间作用力（范德华力）结合。

层内结构特点

- 碳原子间距离约为1.42Å，形成规则的六角形网格。

- 层内碳原子通过sp²杂化轨道形成120°夹角的共价键，具有方向性和饱和性。

二、晶体分类与结构差异

六方石墨（α-石墨）

这是石墨最常见的形式，层与层按ABAB…顺序重复排列，具有六方晶系对称性。层间距约为0.3354nm，解理面以分子键为主。

棱面体石墨

属于六方晶系的变体，层与层之间的堆积方式略有不同，混杂在六方石墨中，不单独存在。

三、物理性质与结构的关系

导电性

每个碳原子释放出一个电子，形成离域π电子，使石墨具有金属光泽和导电性。

润滑性与软度

层间弱分子间作用力导致层易滑动，这是石墨最软且可写字的原因。

天然可浮性

层间距较小且分子间吸引力弱，使石墨在水中可自然漂浮。

四、形成与分布

石墨主要形成于变质岩（如煤层热变质）和火成岩中，部分火成岩（如橄榄岩）也可含有少量石墨。其单层结构可视为原子晶体，但整体表现为分子晶体特性。

综上，石墨的原子结构以六方晶系层状结构为核心，层内共价键与层间分子力共同决定了其独特的物理性质。