金刚石有哪些特征

在钻石晶体中，碳原子按四面体成键方式互相连接，组成无限的三维骨架，是典型的原子晶体。每个碳

原子都以SP3杂化轨道与另外4个碳原子形成共价键，构成正四面体。由于钻石中的C-C键很强，所以所有的价电子都参与了共价键的形成，没有自由电子，所以钻石不仅硬度大，熔点极高，而且不导电。在工业上，钻石主要用于制造钻探用的探头和磨削工具，形状完整的还用于制造手饰等高档装饰品，其价格十分昂贵。

　　钻石的摩氏硬度为10；由于硬度最高，钻石的切削和加工必须使用钻石粉来进行。钻石的密度为352g/cm3，折射率为2417，色散率为0044。

天然金刚石外包t都是三角锥、三角凹坑、还有台阶状的生长纹。因为天然金刚石长期在地下进行复杂的演变。

1、这些特征是天然金刚石所特有的，辨别的第一步就是观察外表的这些特征。

2、当然，有些人造金刚石也会做出这些假象。那我们就要进一步的观察，在天然金刚石的表面和内部还会有清晰的与钻石结构有关的线，这些线叫做生长纹或者叫双晶纹。生长纹通常越清晰，原石的价格越高。

你也许不曾想到，黑色的石墨和亮闪闪的金刚石其实是由同一种元素——碳构成的，只是它们的外表和性质大不相同。

石墨的质地非常软，只要在纸上轻轻一划，就会留下灰黑色的痕迹，铅笔芯就是用石墨制造的。金刚石是所有自然物质中硬度最高的：人们用镶着金刚石的刀来切割玻璃，无不“迎刃而解”；钻探机的钻头上镶着金刚石，能大大加快向地下钻进的速度；金刚石还能用来加工各种硬度较高的金属。

石墨和金刚石都是碳元素构成的，为什么它们的性质相差如此悬殊呢？

原来，石墨中的碳原子是成层排列的，每层原子之间的A合力很小，就像一副叠起来的扑克牌，很容易滑动、散开。而金刚石中的碳原子是整齐排列的立体结构，每个碳原子都紧密地与其他4个碳原子连接，构成一个牢固的结晶体，因而显得特别坚硬。

天然金刚石的产量很少，只有在非常高的温度和巨大的压力之下，地下熔岩里的碳才有可能形成金刚石。由于它产量少、价格贵，人们往往会利用高温高压来合成人造金刚石。

化学组成C。其微量元素N和B是金刚石分类的主要依据：N含量大于0001%者为Ⅰ型，小于0001%者为Ⅱ型；Ⅰ型金刚石按N的赋存状态分为Ⅰa型（N原子沿｛100｝聚集成片状分布）和Ⅰb型（N原子置换C原子并出现一个未配对电子旋转于C—N键之间）；Ⅱ型金刚石按是否含B分为Ⅱa型（不含B）和Ⅱb型（含B）；N分布不均匀时构成混合型。约98%的天然金刚石属Ⅰa型。红外光谱是鉴别金刚石类型的主要方法。

晶体结构等轴晶系；金刚石型结构（图15-13）；空间群 Fd3m；a0=0356nm；Z=8。

图15-13 金刚石型结构

碳原子分布于立方晶胞的8个角顶、6个面心和晶胞所分8个小立方体的4个相间的小立方体中心；碳原子以共价键与周围的另外4个碳原子相连，键角109°28′16″，形成四面体配位；平行｛111｝面网密度大，间距也大

图15-14 金刚石晶体

o—八面体；d—菱形十二面体；a—立方体

形态对称型m3m；多呈浑圆状八面体和菱形十二面体单晶，可见八面体、菱形十二面体与立方体、四六面体成聚形（图15-14）。

物理性质无色透明，常因含微量元素而呈不同色调：含Cr呈天蓝色，含Al呈**，还可有褐、灰、白、绿、红、紫等色调，含石墨包裹体者呈黑色；晶面金刚石光泽，断口油脂光泽；经日光暴晒后置暗室发淡青蓝色磷光。解理｛111｝中等、｛110｝不完全。硬度10（显微硬度比石英高1000倍，比刚玉高150倍），八面体晶面的硬度＞菱形十二面体晶面的硬度＞立方体晶面的硬度。相对密度352。性脆，抗磨性强。不导电。导热性好，室温下其热导率是铜的5倍。熔点高达4000℃，空气中燃烧温度为850～1000℃。疏水而亲油。

成因产状产于金伯利岩、钾镁煌斑岩及榴辉岩中，为高温高压产物。著名产地有南非、扎伊尔、前苏联雅库特等。我国有山东、辽宁、贵州等地。

鉴定特征浑圆粒状，金刚光泽，硬度10，暴晒后置暗室发淡青蓝色磷光。

主要用途金刚石的用途十分广泛：利用宝石级金刚石光彩诱人的色泽和极高的硬度琢磨成“钻石”；利用其高硬度制作仪表轴承、玻璃刀、表镶钻头；利用其高导热性制作微波器和激光器的散热片；利用其优良的红外线穿透性制造卫星和高功率激光器的红外窗口；利用其半导体性能制作整流器、三极管，等等。

思考题及习题

1）以自然金或自然铂为例，说明自然金属元素矿物的晶体化学特征与其形态、物性的关系。

2）为什么金刚石和石墨同为单质碳的矿物，但形态、物性截然不同？

3）从石墨的结构特点解释其物性。

4）试举几种混晶矿物并分析其组成元素的占位特点。

5）自然元素这一大类中，哪些矿物能在河流沉积物中保存并富集？它们各自有什么特点？

6）强金属钾、钠等为何不易形成自然元素矿物？

金刚石又叫钻石。钻石分很两种，一种地矿钻石，一种天陨钻石。天陨钻石有的无光，亚光状。它们的硬度是所有物质中最高的，可以达到9以上。天然钻石也是晶体矿，仔细高倍放大镜下，能够清淅的看到其内部结构纹理。其二天然钻石的拆光率很高，在阳光下，从内向外，从不同的角度去看，彩光渏人生动，多姿多彩。其三天然钻石有白钻，黄钻，粉钻，蓝钻，黑钻。无论那种颜色，它在一颗钻石上体现的颜色是多色体的，并不单一，仔细看会有主次浓谈之分。只不过并不明显。比如说黄钻，主体颜色为**，**部位只占五分之四，还有五分之一是白色的。有的部位色重，有的部位色略浅。这些特征是仿不出来的。现在市面的仿品多为锆石。至于原石，鉴定难度很大，有赌的成份在里边。