影响颜色的4个因素：
杂质元素致色
塑性变形致色
辐射中心致色
矿物包裹体致色
无色钻石：纯净、无杂质、无晶格变形。
粉红、紫红色 天然的粉红色：与褐色成因相似。
光谱：Ia : 415、 478、 560nm
IIa : 390、 396、560nm
Argyle粉红色：415、 503、 560nm
粉红色均以560nm吸收宽带为特征。
钻石塑性变形：位错(即第二种原因)
红色钻石主要是 澳大利亚 产
当钻石在形成时受地质条件的影响 会对内部结构产生影响 产生电子位错
形成新的能级，吸收自然光中的部分能量，形成红色粉红色
蓝色：
B原子所致，其外层为三个价电子，当与碳原子形成共价健时产生一个空穴，并被相邻的碳原子的电子充填，电子吸收长波（红色），残余色呈蓝色。
黑色：大量的暗色不透明的包裹体
—微晶状 铁质 矿物或分子级石墨化。
绿色：辐射损伤中心致色，
天然钻石常为很薄的绿色表皮
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一、传统宝石学颜色成因
传统宝石学主要基于宝石的化学成分和外部构造特点，将宝石颜色划分为自色、他色和假色。
1自色
由作为宝石矿物基本化学组分中的元素而引起的颜色，这些致色元素多为过渡金属离子，如铁铝榴石、绿松石、孔雀石、蓝铜矿等。
2他色
由宝石矿物中所含杂质元素引起的颜色。他色宝石在十分纯净时呈无色，当其含有微量致色元素时，可产生颜色，不同的微量元素可以产生不同的颜色。如尖晶石，其化学成分主要是Mg Al2O4，纯净时无色，含微量的Co元素时呈现蓝色，含微量Fe元素时呈现褐色，而含微量Cr元素时呈现红色。另外同一种元素的不同价态可产生不同的颜色，如含Fe3＋常呈棕色，含Fe2＋则呈现浅蓝色。同一元素的同一价态在不同的宝石中也可引起不同的颜色，如Cr3+在刚玉中产生红色，在绿柱石中产生绿色。
3假色
假色与宝石的化学成分和内部结构没有直接关系，而与光的物理作用相关。宝石内常存在一些细小的平行排列的包裹体、出溶片晶、平行解理等。它们对光的折射、反射等光学作用产生的颜色就是假色。假色不是宝石本身所固有的，但假色能为宝石增添许多魅力，这一方面的具体内容已在宝石的特殊光学效应一节里进行了较详细的叙述。
二、近代科学宝石颜色的成因
随着科学的发展，人们发现宝石的颜色不仅仅取决于其化学组成，更重要的是取决于其内部结构。近代科学颜色成因理论打破了传统颜色成因理论中的自色、他色的界限，从晶体场理论、分子轨道理论和能带理论等的角度揭示了宝石颜色成因的本质。
（一）离子内部的电子跃迁呈色（晶体场理论）
晶体场理论研究的对象是处于宝石晶体结构中的过渡金属元素和某些镧系、锕系元素。它把晶体场看成一种正负离子间的静电作用，将带有正电荷的阳离子称为中心离子，把带有负电荷的阴离子和络阴离子统称为配位离子，或简称配位体。晶体场理论与其他理论的区别在于，它把配位体处理为一个点电荷，点电荷作用的实质是产生静电势场力，这种静电势电场又被称之为晶体场。晶体场跃迁包括d-d跃迁和f－f跃迁。元素周期表中第四、五周期的过渡金属元素分别含有3d和4d轨道，镧系和锕系元素分别含有4f和5f轨道。在配位体的存在下，过渡元素五个能量相等的d轨道和镧系元素七个能量相等的f轨道分别分裂成几组能量不等的d轨道和f轨道。当它们的离子吸收光能后，低能态的d电子或f电子可以分别跃迁至高能态的d或f轨道，这两类跃迁分别称为d-d跃迁和f－f跃迁。由于这两类跃迁必须在配位体的配位场作用下才可能发生，因此又称为配位场跃迁。
过渡金属元素的d-d电子跃迁引起宝石颜色变化的最好例子是红宝石、祖母绿及变石，图1-4-11为三者的紫外可见吸收光谱。
图1-4-11 红宝石、祖母绿及变石的UV吸收光谱
A——红宝石；B——变石C——祖母绿
红宝石中致色离子为Cr3＋，从Cr3+的3d3电子组态导出的自由离子谱项为：基谱项为4F，激发谱项为4P、2G、2D等。八面体场中，由基谱项4F分裂为三个能级，即4A2、4T2、4T1。红宝石的吸收光谱特征表明，在可见光区域内，出现两个强而宽的吸收带，分别由4A2→4T2、4A2→4T1能级之间的跃迁所致。d电子在4A2→4T2、4A2→4T1能级间跃迁的过程中，分别吸收225和302e V能量，其余吸收后的残余能量组合成红宝石的颜色（见图1-4-12）。
祖母绿吸收光谱特征表明（见图1-4-13），在可见光区域内，出现两个强而宽的吸收带，分别由4A2→4T2、4A2→4T1能级之间的跃迁所致。d电子在4A2→4T2、4A2→4T1能级间跃迁的过程中，分别吸收204和292e V能量，其余吸收后的残余能量组合成祖母绿的颜色。
图1-4-12 红宝石的UV吸收光谱
图1-4-13 祖母绿的UV吸收光谱
变石的化学式组成（BeAl2O4）介于红宝石和祖母绿之间，影响铝氧八面体的金属离子只有Be一种，因此Cr3＋离子与周围配位体电场强度低于红宝石而高于祖母绿，它的金属氧离子之间化学键的性质也介于红宝石和祖母绿之间。变石中Cr3＋离子4A2→4T2跃迁吸收的能量为216eV，介于红宝石（225eV）和祖母绿（204eV）之间，而4A2→4T1跃迁所吸收的能量（298eV）与红宝石和祖母绿相差不大。在可见光区域内，变石中红光和蓝绿光透过的几率近于相等，于是外部环境的光源条件（色温）就决定了变石的颜色。例如，色温较高的日光灯中蓝绿色成分偏多，导致变石中蓝绿色成分的叠加，而呈现蓝绿色。反之，白炽灯光源中色温偏低，导致变石中红色成分的叠加，而呈现红色（见图1-4-14）。
图1-4-14 变石的UV吸收光谱
（二）离子间的电荷迁移呈色（分子轨道理论）
分子中单个电子的状态函数称为分子轨道。根据分子轨道模型，认为一个分子中所有的轨道都扩展至整个分子上。占据这些轨道的电子不是定域在某个原子上，而是存在于整个分子之中。根据分子轨道理论，电子可以从这一个原子轨道上跃迁到另一个原子轨道上去，这种电子跃迁称为电荷迁移。
某些分子既是电子给体，又是电子受体，当电子受辐射能激发从给体外层轨道向受体跃迁时，就会产生较强的吸收，这种光谱称为电荷迁移光谱。伴随电荷转移，在吸收光谱中产生强吸收带，如果电荷转移带出现在可见光范围内，则产生相应的颜色。电荷迁移有多种形式，它可以发生在同核原子价态之间，也发生在异核原子价态之间。
1金属—金属原子间的电荷迁移
金属—金属原子间的电荷迁移可分为同核原子价态之间的电荷迁移和异核原子价态之间的电荷迁移。
（1）同核原子价态之间的电荷迁移
同核原子价态之间的电荷迁移来自不同价态的同一过渡元素的两个原子之间的相互作用，当两个不同价态的同核原子分布在不同类型的格点中，且两者之间有能量差时，电子可发生转移，并产生光谱吸收带，从而使宝石呈现颜色。堇青石的蓝紫色的产生是这种情况的典型实例。在堇青石中，Fe3+和Fe2+分别处于四面体和八面体位置中，两个配位体以共棱相接，当可见光照射到堇青石时，其Fe2+的一个d电子吸收一定能量的光跃迁到Fe3+上，此过程的吸收带位于17000cm-1（相当于黄光），使堇青石呈现蓝色。蓝色、绿色电气石和海蓝宝石也是由于Fe2+-Fe3+间的电荷迁移而呈的色。
（2）异核原子价态之间的电荷迁移
图1-4-15 蓝宝石的UV吸收光谱
异核原子价态之间的电荷迁移的典型实例是蓝宝石（见图1-4-15），在蓝宝石中Fe2+与Ti4+分别位于相邻的以面相连接的八面体中，Fe、Ti离子的距离为0265nm，二者的d轨道沿结晶轴重叠，当电子从Fe2+中跑到Ti4+中时，Fe2+转变为Fe3+，而Ti4+转变为Ti3+，即Fe2++Ti4+→Fe3++Ti3+。电荷迁移的这一过程，伴随着的光谱吸收能为211eV，吸收带的中心位于588nm，其结果是在蓝宝石的c轴方向只透过蓝色，呈现蓝色。当两个八面体在垂直c轴方向上以棱相连接时，这时电荷转移吸收带略向长波方向位移，使蓝宝石在非常光方向上呈现蓝绿色。异核原子价态之间的电荷迁移，也是蓝色黝帘石、褐色红柱石呈色的原因。
2其他类型的电荷迁移
除了上述两种类型的电荷迁移外，还有非金属与金属原子之间的电荷迁移和非金属与非金属原子之间的电荷迁移。
宝石中常见的非金属与金属原子之间的电荷迁移为O2-→Fe3+。02-与Fe3+之间的电荷迁移对可见光光谱中紫色、蓝色光强烈吸收，导致宝石呈金**。金**绿柱石、金**蓝宝石的颜色均由02-→Fe3+之间的电荷迁移引起。
（三）能带间的电子跃迁呈色（能带理论）
能带理论是研究宝石材料的一种量子力学模式，是分子轨道理论的进一步发展。它较好地解释了天然彩色钻石的呈色机理及其金刚光泽的产生原因。能带理论认为：固体中电子并非束缚于某个原子上，而为整个晶体所共有，并在晶体内部三维空间的周期性势场中运动。电子运动时的能量具一定的上下限值，这些电子运动所允许的能量区域就称之为能带。它与晶体场理论和分子轨道理论的区别是：晶体场理论和分子轨道理论主要适用于局部离子和原子团上的电子，电子是定域的，是局部态之间的跃迁；能带理论则与之相反，它认为电子是不定域的，是非局部态之间的电子跃迁。能带又可分为：①导带（又称空带），由未填充电子的能级所形成的一种高能量带。②带隙（又称禁带），价带最上部的面（又称为费米面）与导带最下部面之间的距离，禁带的宽度随矿物键性的不同而不同；③价带（又称满带），由已充满电子的原子轨道能级所构成的低能量带，当自然光通过宝石时，宝石将吸收能量使电子从价带跃迁至导带，所需的能量取决于带隙的宽度，即价带顶部与导带底部间的能量差，又称能量间隔，一般用ΔEg表示。不同的宝石由于能量间隔不同而呈现不同的颜色。与晶体场理论一样，电子从导带返回至价带的过程中，其吸收的能量仍以光的形式发射出来。例如，Ⅱa型钻石带隙的能量间隔（ΔEg=54e V）大于可见光的能量，即电子从价带跃迁至导带时吸收的能量为54e V，故吸收主要发生在紫外光区，对可见光能量无任何吸收，故理论上，IIa钻石为无色（见图1-4-16）；由于Ⅰb型钻石中含有微量的孤氮原子，氮原子外层电子（1s22s22p3）比碳原子（1s22s22p2）多一个，额外的电子则在禁带中生成一个杂质能级（氮施主能级），由此缩小了带隙的能量间隔，电子从杂质能级跃迁至导带所吸收的能量为22e V（564nm），故该类钻石显橙**（见图1-4-17）。
（四）晶格缺陷呈色
宝石晶体结构中的局部范围内，质点的排列偏离其格子状构造规律（质点在三维空间作周期性的平移重复）的现象，称为晶格缺陷。其产生原因与宝石晶体内部质点的热振动、外界的应力作用、高温高压、辐照、扩散、离子注入等有关。
例如，在上地幔的高温高压环境中结晶出的金刚石晶体，被寄主岩浆（金伯利岩岩浆或钾镁煌斑岩岩浆）快速携带到近地表时，温压条件的迅速改变和晶体与围岩物质的相互碰撞，则易导致侵位金刚石晶体的结构局部发生改变，并诱发晶格缺陷，使一部分原本无色的金刚石的颜色发生改变，从而形成褐黄、棕**及粉红色金刚石。
图1-4-16 Ⅱa型钻石中电子跃迁图示
图1-4-17 Ⅰb型钻石中电子跃迁图示
色心作为晶格缺陷的一种特例，泛指宝石中能选择性吸收可见光能量并产生颜色的晶格缺陷。属典型的结构呈色类型。色心的种类十分复杂，但最常见的为电子心（F心）、空穴心（V心）及杂质离子心。
1电子心（F心）
电子心（F心）是由宝石晶体结构中阴离子空位引起的。就整个宝石晶体而言，当阴离子缺位时，空位就成为一个带正电的电子陷阱，它能捕获电子。如果一个空位捕获一个电子，并将其束缚于该空位，这种电子呈激发态，并选择性吸收了某种波长的能量而呈色。因此，电子心是由一个阴离子空位和一个受此空位电场束缚的电子所组成的。例如，紫色萤石晶体中的氟离子离开正常格位，而形成一个阴离子空位（缺少负电荷），该结构位显示正电性，形成一个带正电的电子陷阱。为了维持晶体的电中性，阴离子空位必须捕获一个负电子，由此产生了颜色。
2空穴心（V心）
空穴心（V心）是由晶体结构中阳离子缺位引起的。从静电作用考虑，缺少一个阳离子，等于附近增加了一个负电荷，则附近一个阴离子必须成为“空穴”才能保持静电平衡。因此，空穴心是由一个阳离子空位捕获一个“空穴”所组成的。例如，烟晶中以类质同象形式替代Si4+的Al3+杂质，在晶格位中形成正电荷不足的位置（正电荷陷阱），为了维持暂时的电中性，Al3+离子周围必须有相应的正一价阳离子存在。当水晶受到辐照后，与最近邻的O2-将失去一个多余的电子，而残留下一个空穴，形成空穴心（V心）。利用辐照源的带电粒子（加速电子、质子）、中子或射线辐照宝石，通过带电粒子、中子或Y射线与宝石中离子、原子或电子的相互作用，最终在宝石中形成电子－空穴心或离子缺陷心。如辐照处理钻石、蓝黄玉等，辐照的本质是提供激活电子、格位离子或原子发生位移的能量，从而形成辐照损伤心。
钻石和其他宝石的形成都和剧烈的地壳作用有着密切的关系。什么地方的地壳作用最剧烈什么地方就能产出很多宝石。在这点上南非有着得天独厚的优势，南非所在的非洲大陆是地球上最先浮出水面的两块古大陆之一，而南非恰巧在非洲大陆边沿有着剧烈复杂的地壳运动，造就了钻石形成的良好环境。所以上帝把钻石很多都洒在了南非。
南非主要是原生钻石矿，非洲很多国家存在钻石次生矿，就是河水等从南非带到其他国家的。所以非洲钻石不光是南非有，准确地说南部非洲涵盖的更准确些。
我们亚洲也不错，在亚洲大陆东南一线上，有着类似的地理背景，所以强烈的地质作用是这里宝石丰富，红宝石、蓝宝石、翡翠、金绿宝石等，在克什米尔一线、泰国、缅甸、斯里兰卡密集分布。但是由于地质作用的强度、方式的不同使得不同的环境造就了不同的宝石。
我国辽宁瓦房产店钻石机理和南非的就一样，因为这里在地质上存在断层，曾有强烈的地质作用。
我这么说你能明白个大概吧。
你知道吗？我们生活中见到的钻石、玻璃刀头上镶的金刚石、铅笔芯、干电池中的石墨电极以及石墨烯材料，其实都是同一种元素构成的！有的读者一定会很诧异：“弄啥咧？ 接着忽悠……” 其实，在我们的化学课本中，就有一节《金刚石、石墨和C60 》的内容，为我们揭示了这个道理。透明的金刚石和灰色的石墨都是由碳元素组成的单质，但是由于原子的排列方式不同，因此它们的性质存在着极大的差异。
今天我们要解读的主角，就是有着 “宝石之王” 光环的钻石，它不仅坚硬无比、熠熠生辉，而且还拥有缤纷的色彩。下面，就和小编一起看看钻石的独特与神秘吧！
组成单一、硬度称霸
钻石，矿物名称为金刚石，也因其硬度被人戏称为“金刚钻”，是已知的宝石矿物中唯一由单质碳元素组成的晶体，具有硬度大、耐高温、不导电、不怕强酸和强碱腐蚀、化学性质稳定等特征。钻石是人们已知的最为坚硬的宝石，故有 “宝石之王” 的美誉。
钻石的矿物晶体
其实，组成单一的矿物还有很多，比如钻石还有一个“同族兄弟”——石墨，也就是我们平时最为熟悉的制作铅笔芯的材料。
石墨也是由单一的碳元素组成的矿物，但是石墨的硬度却远远低于钻石，这是为什么呢？其实，这跟矿物学上一种被称作同质多像的现象有关，即同种化学成分的物质在不同的物理化学条件（温度、压力、介质等）下，形成不同结构晶体的现象。这些不同结构的晶体，就被互称为该成分的同质多像变体。
钻石和石墨就是碳（C）的两种同质多像变体，二者具有完全不同的晶体结构。钻石中的碳原子以共价键相连接，形成立方面心格子的晶体结构；而石墨则具有典型的层状结构，不同的晶体结构，决定了这二者在硬度方面的天差地别。
坚硬无比、如何切磨
既然钻石如此坚硬，那么光华璀璨的钻石成品是怎么被切磨出来的呢？难道还有比钻石更为坚硬的矿物吗？答案就是：用钻石自己切磨自己。
自然界中，有些宝石的硬度依据刻划方向的不同而不同，在矿物学上，将这种现象称为差异硬度，其形成原因是矿物晶体结构的对称性和异向性，导致了矿物硬度的对称性和异向性。
简单来说，就是在钻石的晶体结构中，碳原子质点的排列方式和间距在互相平行的方向上是一致的，但在不相平行的方向上是有所差异的。因此，当沿着不同方向进行刻划时，晶体的硬度就表现出了一定的差异。
钻石是已知最硬的矿物，它的切磨和抛光就是利用了其自身差异硬度的性质，即用一颗钻石较硬的方向去切磨另外一颗钻石较软的方向，以此来将每一颗钻石原石切磨成璀璨的刻面成品。
璀璨火彩、来自何处
人们经常用流光溢彩、熠熠生辉、光芒四射来形容钻石。可是，钻石明明是无色的，为何可以看到浮动的光彩呢？ 其实，这些光彩都是钻石的火彩。
钻石璀璨的火彩
火彩，是指当白光照射到透明刻面宝石上时，因色散而使宝石呈现光谱色闪烁的现象。
那么，什么是色散呢？色散，就是一种复色光被分解成单色光的物理光学现象，日常大家最为常见的色散现象，就是雨后彩虹。钻石因具有很高的色散值，因此，当它被切磨成刻面琢型后，会发出明亮璀璨的火彩。
欣赏钻石的火彩，要从钻石的上表面（台面）往底部观察， 用灯光或阳光照明，顺着光线的方向，同时用手缓缓地转动钻石（注意不是翻转，而是始终将台面向上对着光源转动）。 一般切工较好的钻石，都可以看到美丽的火彩。
色彩缤纷、毫不单调
如果你认为钻石全部都是无色透明的，那就大错特错了，其实，钻石的世界缤纷多彩，我们常见的无色钻石，只是其中的冰山一角！
彩钻构成了钻石另一个独特的世界， 比起无色钻石， 颜色夺目的彩钻常常会令人眼前一亮，过目难忘。彩钻是指自然界中产出的带有色调的钻石，其颜色鲜艳， 品类繁多， 极其稀有。彩钻的种类繁多，有红色、粉红色、橙色、**、绿色、蓝色、红紫色、紫色、棕色和黑色等。
彩钻颜色的成因主要有两个方面：一是由于微量元素氮（N）、硼（B）、氢（H）原子进入钻石的晶体结构之中而产生的颜色；二是由于晶体的塑性变形而使钻石产生位错、缺陷等情况， 因此它们对某的些光能吸收，从而呈现出不同的颜色。
彩钻的形成条件极为苛刻， 出产10万颗优质无色的钻石才有可能得到一颗罕见的彩钻， 可以说是产量极其稀少。在彩钻中，尤以红色钻石和绿色钻石最为罕见，而**钻石和棕色钻石则相对常见。
骨灰也可以变钻石，这是真的吗？
钻石不仅可以天然形成和产出，还能人工合成，特别是近年来出现的骨灰合成钻石技术，尤为令人瞩目。
骨灰钻石最早由俄罗斯和美国发明，是一种高科技人工合成钻石，是利用逝者身体中的碳(通常以骨灰为样本)所培育的“实验室合成钻石”。此种钻石合成技术，能满足那些觉得“墓地和骨灰盒过于呆板”的人对亲人的思念，这种“钻石”制成的“首饰”，可随身携带，非常方便。
深埋地下，如何重见天日？
钻石形成于数十亿年前的地幔之中，蕴藏于地底深处。埋藏如此之深的钻石晶体要破土而出、 重见天日，主要得益于火山喷发，熔岩流将含有钻石的岩浆带至地球的近地表，并附存在金伯利岩和钾镁煌斑岩中，形成钻石原生矿；或是在地表经过长途迁徙，沉淀于河流砂土之中，形成次生矿（砂矿）。
全世界钻石的主要产出国有南非、加拿大、博茨瓦纳、澳大利亚、安哥拉、巴西、俄罗斯等。 钻石经过人工的开采才得以被利用，但是其开采的过程往往也是十分漫长和艰难，需要矿工深入地下或在砂矿的水域不断淘洗砂石而得。
度量单位也与众不同
在平时的生活中，大家经常用到毫克（mg）、克（g）、千克（kg）等重量单位，但是钻石却有特殊的重量单位，叫作克拉，英文为carat，通常缩写成ct，也称作卡。
“克拉” 一词来源于地中海沿岸所产的一种洋槐树的名字，由于这种树的干果重量非常一致，每粒平均02克，误差很小，因此曾被当成宝石的重量单位。
后来，世界各国统一将克拉单位标准化，即1克拉=02克。钻石还有一个独有的百分制度量单位，叫作分，英文为point，通常缩写成pt，1克拉=100分。我们在生活中常常听到的30分钻石、50分钻石的说法，其实指的就是重量为03克拉、05克拉的钻石。
钻石与生俱来的魅力，使之闪烁着太多神秘的色彩。它正用自己无言的美，向我们诉说着大自然的神奇与奇妙。
（作者：出自《知识就是力量》杂志2016年8月刊《揭开钻石的神秘面纱》一文作者， 王欢）
原创作品，转载请注明出自知识就是力量微信公众号“知识就是力量”（ID:knowledge-power）
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