钻石是碳吗

钻石中文名称：金刚石

英文名称：Diamond

摩氏硬度：10

化学成份：9998%的碳

钻石是指经过琢磨的金刚石，金刚石是一种天然矿物，是钻石的原石。简单地讲，钻石是在地球深部高压、高温条件下形成的一种由碳元素组成的单质晶体。

钻石的成分和晶体结构

钻石的主要成分是碳(C)，

含C量96%-999%。即使很纯净的钻石也含有0001%的杂质。钻石中的杂质组分有Si、Al、Ca、Mg、Mn、Ti、Cr、N

等。

除

N

以外，其余杂质通常都以矿物包裹体形式存在，钻石中常含有磁铁矿、钛铁矿、镁铝榴石、铬透辉石、橄榄石、石墨等矿物包裹体。

氮(N)是钻石中一种重要的杂质组分，N在钻石晶体结构中组成各种缺陷中心，可以单个N、A中心、B中心、N3小晶片等形式存在。

根据N的含量和聚结形式可将钻石划分为Ⅰ型和Ⅱ型。Ⅰ型钻石含N量较多(005%-03%)。

Ⅰa型钻石中N以N3小晶片形式存在，Ⅰb型钻石中N以分散状态的顺磁方式存在。

Ⅱ型钻石含N量较少(<005%)，N呈自由状态存在。Ⅰ型和Ⅱ型钻石在某些物理性质上有所不同。自然界的钻石绝大部分是Ⅰ型钻石。

钻石为等轴晶系，晶体结构为立方面心格子，晶胞参数a°=356A(1A=1mm/1千万)(见左图)。C原子位于立方晶胞的八个角顶和六个面中心，并在其八个小立方格的半数中心相间地分布着四个C原子，每个C原子都与周围四个C原子相连接，每两个相邻C原子之间的距离都相等(154A)。这种结构C原子间形成极其牢固的共价键，

要分开这种化学健必须给以很大的能量。这就决定了金刚石具有一些特殊的性质，如极高的硬度和化学稳定性。

钻石的晶形最常见的是八面体，其次是菱形十二面体，较少见的是立方体。此外，可长成各种复杂形态的聚形或歪晶。

在高温高压下结晶(如钻石) ：在高温高压反应腔内，碳在高温区溶解，低温区结晶生长晶体。

在高温高压下合成宝石：主要用来合成金刚石。

基本原理：利用高温高压原理，将碳源放在叶蜡石反应腔高温熔解碳，在反应腔中高温熔融金属内输运金属，采用Ni-Fe合金或Fe-Al合金，最后碳在低温区籽晶上结晶。

金刚石和石墨的化学成分都是碳(C)，科学家们称之为“同质多像变体”，也有人称“同素异形体”。从这种称呼可以知道它们具有相同的“质”，但“形”或“性”却不同，且有天壤之别，金刚石是目前最硬的物质，而石墨却是最软的物质之一。大家都知道铅笔芯就是用石墨粉和粘土配比而制成的，石墨粉多则软，用“B“表示，粘土掺多了则硬，用“H”表示。矿物学家用摩氏硬度来表示相对硬度，金刚石为10，而石墨的摩氏硬度只有1。它们的硬度差别那么大，关键在于它们的内部结构有很大的差异。

石墨内部的碳原子呈层状排列，一个碳原子周围只有3个碳原子与其相连，碳与碳组成了六边形的环状，无限多的六边形组成了一层。层与层之间联系力非常弱，而层内三个碳原子联系很牢，因此受力后层间就很容易滑动，这就是石墨很软能写字的原因。

金刚石内部的碳原子呈“骨架”状三维空间排列，一个碳原子周围有4个碳原子相连，因此在三维空间形成了一个骨架状，这种结构在各个方向联系力均匀，联结力很强，因此使金刚石具有高硬度的特性。

石墨和金刚石的硬度差别如此之大，但人们还是希望能用人工合成方法来获取金刚石，因为自然界中石墨(碳)藏量是很丰富的。但是要使石墨中的碳变成金刚石那样排列的碳，不是那么容易的。十八世纪后期，人们就开始寻找合成的途径，直至本世纪中叶。1938年学者罗西尼通过热力学计算，奠定了合成金刚石的理论基础，算出要使石墨变成金刚石，至少要在15000个大气压、摄氏1500度的高温条件下才可以，到50-60年代建成了能达到上述条件的仪器装置。石墨在5-6万大气压（（5-6）×103MPa）及摄氏1000至2000度高温下，再用金属铁、钴、镍等做催化剂，可使石墨转变成金刚石。

目前世界上已有十几个国家（包括我国）均合成出了金刚石。但这种金刚石因为颗粒很细，主要用途是做磨料，用于切削和地质、石油的钻井用的钻头。当前，世界金刚石的消费中，80%的人造金刚石主要是用于工业，它的产量也远远超过天然金刚石的产量。

最初合成的金刚石颗粒呈黑色，05mm大小，重约01克拉（用于宝石的金刚石一般最小不能小于01克拉）。现在我国研制的大颗粒金刚石达3mm以上，美国、日本等已制成61克拉多的金刚石。我们说金刚石已从石墨中“飞”出，宝石级的人造金刚石也会在不久的将来供应于市场。

参考资料：

http://wwwkepunetcn/gb/earth/mineral/interest/irt402html

因为原子排列顺序不同

组成金刚石的碳原子呈晶格状,好像空心的蜂窝一样。这种结构使原子间相互的作用力很大,十分坚固。金刚石是硬度最大的一种物质,可以用来切割很坚硬的物体,划玻璃的刀头上就镶有金刚石。而组成石墨的碳原子为层状成片状。层与层之间很容易相对滑动,这种结构使石墨比较柔软

主要是两者形成的环境不同：钻石形成环境需要有高温高压以及环境骤变；而煤炭形成环境需要及其稳定的、还原性的环境。

碳是一种非金属元素，位于元素周期表的第二周期IVA族。碳是一种很常见的元素，它以多种形式广泛存在于大气和地壳和生物之中。碳单质很早就被人认识和利用，碳的一系列化合物——有机物更是生命的根本。碳是生铁、熟铁和钢的成分之一。 碳能在化学上自我结合而形成大量化合物，在生物上和商业上是重要的分子。生物体内绝大多数分子都含有碳元素。

矿藏形式

碳既以游离元素存在（金刚石、石墨等），又以化合物形式存在（主要为钙、镁以及其他电正性元素的碳酸盐）。它以二氧化碳的形式存在，是大气中少量但极其重要的组分。预计碳在地壳岩石中的总丰度变化范围相当大。

自然界中的循环：

在地面条件下，一种元素从一处到另一处是很罕见的。因此，地球上的碳含量是一个有效常数。碳在自然界中的流动构成了碳循环。

毒理性质：

纯碳具有极低的对人体的毒性，并可以处理，甚至可以以石墨或活性炭的形式安全地摄取。碳可以抵抗溶解或化学侵蚀，例如，即使是面对消化道内的酸性物质。因此它一旦进入人体组织后可能会无期限存留。吸入大量煤炭（或炭黑）粉尘或烟尘是危险的，它们会刺激肺组织，并引起充血性肺病煤工尘肺。相似的，金刚石磨粉被误食或吸入也会有危险。