金刚石和石墨的物理性质，化学性质是什么？

1 金刚石（diamond）（又名钻石）

　　 金刚石结构图

最为坚固的一种碳结构，其中的碳原子以晶体结构的形式排列，每一个碳原子与另外四个碳原子紧密键合，成空间网状结构，最终形成了一种硬度大、活性差的固体。　金刚石的熔点超过3500℃，相当于某些恒星表面温度。　主要作用：装饰品、切割金属材料等

2石墨（graphite）

石墨是一种深灰色有金属光泽而不透明的细鳞片状固体。质软，有滑腻感，具有优良的导电性能。石墨中碳原子以平面层状结构键合在一起，层与层之间键合比较脆弱，因此层与层之间容易被滑动而分开。　主要作用：制作铅笔，电极，电车缆线等

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。

钻石的化学成分是碳，这在宝石中是唯一由单一元素组成的，属等轴晶系。常含有005%-02%的杂质元素，其中最重要的是N和B，他们的存在关系到钻石的类型和性质。晶体形态多呈八面体、菱形十二面体、四面体及它们的聚形。纯净的钻石无色透明，由于微量元素的混入而呈现不同颜色。强金刚光泽。折光率2417，色散中等，为0044。均质体。热导率为035卡/厘米/秒/度。用热导仪测试，反应最为灵敏。硬度为10，是目前已知最硬的矿物，绝对硬度是石英的1000倍，刚玉的150倍，怕重击，重击后会顺其解理破碎。一组解理完全。密度352克/立方厘米。钻石具有发光性，日光照射后 ，夜晚能发出淡青色磷光。X射线照射，发出天蓝色荧光。钻石的化学性质很稳定，在常温下不容易溶于酸和碱，酸碱不会对其产生作用。

彩色钻石的种类

1．蓝白钻

一种纯净得像水一样的无色透明钻石，其中尤其带淡蓝色为最佳。如"世纪之星(Centenary)"等。

2．红钻

一种粉红色到鲜红色的透明钻石，其中尤以鲜艳且深红者为稀世珍品。澳大利亚是其主要来源。 ( 在红色彩钻分级上只有一级就是Fancy Red，没有Fancy Intense、Vivid、Light Red)

3．蓝钻

一种天蓝色，蓝色到深蓝色的透明钻石，其中以深蓝色者为最佳。这种钻石与所有其他颜色的钻石不同，它含有硼的元素且具导电性能。因其特别罕见，故为稀世珍品。如世界名钻"希望(The Hope)"等，南非普里米尔矿山是其主要来源。

4．绿钻

一种淡绿色到绿色的透明钻石，大多因为晶体结构变形而产生，颜色通常只在钻石表面，绿色钻石不容易有草原绿茵般的明亮色彩，其中以鲜绿色者的价值最为不斐。如名钻"卓士登(The Dresden)"是世界最大的绿色钻石。

5．紫钻

一种淡紫色到紫色的透明钻石，比无色钻石贵三倍，其中尤以紫红色者为稀世珍品，前苏联是其主要来源。

6．彩黄钻

一种金色的透明钻石，是有色钻石中的常见品种，若颜色呈现金黄亮彩〝金丝雀黄〞，如第凡尼名钻(The Tiffany)其价值惊人，1983年当时估计已有1200万美元。

7 橘色钻

橘色乃黄和红色的混和体，通常色调较深呈棕色的感觉，而纯橘色于天然彩钻中至为稀少罕见。1977年10月纽约苏富比拍卖上，554ct的Fancy Vivid Orange(Pumpkin Diamond)以一百三十多万美元的高价售出。

8．黑钻

黑色金刚石通常不能作为宝石级钻石，但世界名钻"黑色奥洛芙(The Black Orloff)"据传是印度圣庙中镶于圣象上的钻石，又称梵天之眼。

钻石是碳12。钻石是一种天然的高级结晶形态，其化学式为C，即完整的纯碳元素，每个碳原子都与四个其他碳原子形成共价键，构成了钻石的六面体晶格结构。

碳60则是一种类似于足球形状的球状分子，由60个碳原子组成，是一种新型碳材料，具有优异的电学、光学和力学性能，在材料科学和纳米技术领域得到广泛应用。

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。钻石是目前世界上已知的最硬的一种自然物质。

钻石产量稀少，通常为无色晶体，具有高度的折光特性，能折射出多彩的光泽。钻石不仅可以用作首饰，工业上也用来作为高级的切削和研磨材料。

钻石是金刚石精加工而成的产品，钻石是世界上最坚硬的、成份最简单的宝石，它是由碳元素组成的、具立方结构的天然晶体。其成份与我们常见的煤、铅笔芯及糖的成份基本相同，碳元素在较高的温度、压力下，结晶形成石墨（黑色），而在高温、极高气压及还原环境（通常来说就是一种缺氧的环境）中则结晶为珍贵的钻石（无色）。

钻石的应用

1、珠宝首饰：钻石是最受欢迎和珍贵的宝石之一，用于制作各种珠宝首饰，如戒指、耳环、手链等。

2、工业刀具：钻石具有极高的硬度和耐磨性，因此在工业制造中广泛使用，例如制造锯片、切割工具、车床刀具等。

3、科学仪器：钻石表面光滑且不易磨损，因此可用于制造光学镜片、激光窗口、X射线探测器等科学仪器。

4、电路板加工：钻石的导热性能良好，可用于微电子学中的半导体晶圆加工，以提高加工速度和精度。

5、医疗器械：钻石具有高压强下的高耐腐蚀性，被用于制造医疗器械，如手术刀、牙科工具等。

总之，由于钻石具有独特的物理化学性质，因此在多个领域得到广泛应用。随着技术的发展，钻石的应用前景也将越来越广阔。

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。

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其脆性也相当高，用力碰撞就会碎裂。源于古希腊语Adamant，意思是坚硬不可侵犯的物质，是公认的宝石之王。钻石的。也就是说，钻石其实是一种密度相当高的碳结晶体。

卡，或译克拉、克拉（Carat），是钻石的质量单位。一卡相等于200毫克，相传早期钻石商人称量钻石所用的砝码为稻子豆树（carob）果实，一粒这样的果实大约就重200毫克。因为钻石的密度基本上相同，因此越重的钻石体积越大。越大的钻石越稀有，每卡的价值亦越高。据美国物理学家组织网报道，澳大利亚麦考瑞大学的研究人员发现，地球上最坚硬的天然物质钻石并非人们想象的那样“恒久远”。在强光照射下，钻石也会蒸发。研究发现刊登在美国《光学材料快报》杂志上。麦考瑞大学光子学研究中心副教授理查德-米德伦和同事经研究发现，钻石暴露在光照条件下会蒸发。米德伦说：“一些物质都有光照导致的蒸发现象， 观察到钻石也有这种现象还是第一次。”当暴露在强紫外-C线(臭氧层过滤后的强紫外线)条件下，钻石表面的小凹坑会在短短几秒钟内消失。钻石质量损失的速度随着光线强度的降低快速降低，但蚀刻过程仍然继续，只是速度越来越慢。

米德伦指出，钻石蒸发消失速度极慢，正常情况下无法被观察到。事实上，即使暴露在强紫外线条件下，例如强烈阳光照射或者放在紫外日光浴灯下，需要大约100亿年之后，钻石质量损失才能达到可观察的程度。这一研究发现不仅提供了有关钻石长期稳定性的线索，同时也有助于未来的研究。米德伦说：“这是一项非常实用的发现，我们正在研究如何利用这一发现。如果我们能够在钻石上打造一些结构，将光线控制在钻石上一个非常狭小的丝状区域，这将是制造个头更小，效率更高的光学装置的第一步，可用于量子计算和高能激光。这一发现可能帮助我们在其他行星表面搜寻到钻石踪迹。

物理性质 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金刚石的光学性质

(1) 光学鉴定之亮度（Brilliance）金刚石因为具有极高的反射率,其反射临界角较小,全反射的范围宽,光容易发生全反射,反射光量大,从而产生很高的亮度(2) 闪烁（Scintillation）金刚石的闪烁就是闪光,即当金刚石或者光源 、 观察者相对移动时其表面对于白光的反射和闪光无色透明、结晶良好的八面体或者曲面体聚形钻石,即使不加切磨也可展露良好的闪烁光(3) 色散或出火（Dispersion or fire）金刚石多样的晶面象三棱镜一样,能把通过折射 、反射和全反射进入晶体内部的白光分解成白光的组成颜色——红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等色光(4) 光泽（Luster）刚石出类拔萃般坚硬的、平整光亮的晶面或解理面对于白光的反射作用特别强烈,而这种非常特征的反光作用就叫作金刚光泽

虽然钻石的硬度最高，但可以有解理，即可沿钻石的某些品面裂开。钻石在4个晶体方向上可以有完全解理，其解理面非常平整。钻石加工工艺师常常利用钻石的解理性质将钻石晶体的多余部分敲掉，以节省研磨时间。而且被敲掉的多余部分还可能研磨成小钻石。

尽管碳元素的原子质量较低，由于钻石晶体致密，其密度较高，为352g/cm3。在所有的贵重宝石中，只有钻石是由单一元素构成的，而且包裹体很少，密度的变化范围极小。用一般的宝石学比重仪来测量钻石的相对密度时，所有宝石级钻石的相对密度都是352，一般钻石的相对密度变化范围小于宝石比重仪的误差范围。比重法是鉴定钻石的有效手段，但过程比较繁杂而很少被使用。

钻石的折射率很高，达242。折射率越高，产生全反射的入射角越小，使有可能将入射到钻石内的光经台面完全反射出来。如果一颗刻面钻石的切工比例符合理想切工比例，由台面入射光的绝大部分可以再由台面反射出来，使得刻面钻石总是闪闪发光，夺目诱人。另外折射率越高表面反射强度也越高，钻石的台面也总是很亮，增加了刻面钻石的诱人程度。即使黑色钻石没有任何内反射光自台面出射，台面的表面反射也会使其闪闪发光，尤其是在钻石的黑色背景下表面反射使黑色钻石格外闪耀。钻石的折射率超出一般宝石学折射仪的测量范围，因此，钻石不可能用宝石学折射仪测试折射率加以鉴定。

钻石的色散率中等，为0044。当光垂直刻面钻石的台面射入钻石时，所反射光的色散并不明显，所以观察到的光都是白光闪闪，没有色散所产生的光谱颜色。当光以较大的入射角进入无色刻面钻石时，由台面出射的反射光可能会出现明显的色散，所观察到的光呈现光谱色，即出现所谓的“火彩”。当远离钻石观察时，容易看到“火彩”，这是因为对于相同的色散角，距离越远色散越大，即距离越远色散越明显。

纯净钻石晶体中不含任何杂质，而且晶体的结构也没有任何缺陷。纯净钻石对可见光完全透过，除表面反射外几乎无吸收，这就是纯净钻石呈现无色的原因。彩色钻石的颜色是由钻石晶体中的杂质或晶体缺陷所造成的，详细原因将在下一章介绍。

纯净钻石是电的绝缘体。在钻石晶体中，碳原子外层的4个电子与周围的4个碳原子的电子组成共价键，在钻石晶体中没有自由电子，因而纯净钻石是电的绝缘体。石墨的导电性质与钻石恰恰相反，是电的导体，这是因为在石墨晶体中碳原子外层的4个电子中只有3个电子与周围碳原子的电子结合，另外一个自由电子能够导电。

钻石是最好的热导体。热在晶体中的传导是通过振动实现的。由于碳原子之间的共价键结合紧密，原子与原子之间的可伸缩范围极小，钻石晶体是刚性最好的材料，因此，在钻石一侧由热引起的热振动会以最快的速度传导到另一侧，所以钻石是热传导率非常高的材料。在室温下，钻石的热传导率大约是铜的5倍。当钻石晶体含有杂质时，热传导率明显下降，不含杂质钻石的热传导率是含氮杂质钻石的1倍以上。典型的不含杂质钻石的热传导率大约为2100 W/(m·K），典型的含氮杂质钻石的热传导率大约只有800 W/(m·K），原因是钻石中的氮元素杂质改变了钻石的晶体结构，造成了热振动传导速度的减缓。

过去利用钻石热导仪可以准确地鉴定钻石。近年来合成莫桑石（Moissanite）问世——由于合成莫桑石的热导率接近钻石的热导率——使得钻石热导仪的使用受到限制。鉴定钻石与莫桑石的有效方法是利用它们之间不同的光学特征：钻石为均质体，无双折射现象，而莫桑石为双折射晶体，且双折射现象很明显，在显微镜下即可以观察到棱角的重影。

钻石晶体中的每一碳原子都有8个共价电子，从而每一碳原子都形成一稳定的原子结构，相当于一个惰性原子。这一稳定的原子结构不仅使钻石具有最高的硬度，也使其成为化学惰性物质。在常温下，钻石不与任何物质发生化学反应。

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1、钻石成份：主要是碳c（含量占9995%） 以及其它微量元素。

2、钻石物理性质：

（1）钻石硬度：H=10， 自然界最坚硬的物质，是九级红蓝宝硬度的150倍。 （2）钻石颜色：以无色白色为主还有黄、棕、粉、蓝、绿、红、褐、黑等彩色钻石，非常珍贵罕见。 （3）钻石色散：色散高（0044），加工打磨后出火反射出五颜六色光芒。 （4）钻石光泽透明度：金刚光泽、透明到不透明。 （5）钻石热导性：自然界中高热导率，热导仪可鉴定。

3、钻石鉴定方法：

（1）钻石光泽：特有的金刚光泽。 （2）钻石密度：595g/cm3 主要是裸钻鉴定，用手掂重，比同等大小其他宝石重。 （3）钻石火彩：切工完美的钻石火彩有跳动感五光十色，亮但比较柔和，仿钻如合成立方氧化锆等也有火彩但是比较呆板单调。 （4）钻石亲油疏水性：用油笔可在钻石表面画出一条线而用水笔画出的线断断续续，一般手摸后可留下很清楚的手印。 （5）钻石棱线：天然钻石硬度大刻面之间的棱线平直而锐利，仿制品棱线成圆滑状有磕碰痕迹。

4、钻石产地：

澳大利亚、安哥拉、扎伊尔、南非、博茨瓦纳、纳米比亚、俄罗斯、加拿大、印度、中国。

澳大利亚产量最大、中国产地有山东、辽宁、湖南等。

5、钻石4c评价：

（1）钻石颜色(color)

D 100 极白 E 99 极白 F 98 优白 G 97 优白 H 96 白 I 95 微黄白 J 94 微黄白（褐灰） K 93 浅黄白 L 92 浅黄白 M 91 浅黄 N 90 浅黄

（2）钻石净度(clarity)

钻石的所有缺陷称为瑕疵，可分为内部瑕疵和外部瑕疵，在销售过程中瑕疵要称为内含物或包体。 A、内部瑕疵：结晶包体、云状物、点群状包体、羽状纹、内部生长纹、裂理、内部原始晶面、空洞、缺口、击痕、激光孔、须状腰。 B、外部瑕疵：原始晶面、外部生长纹、刮伤、抛光纹、烧痕、额外刻面、棱线磨损。C、分级 a) 完全无暇级（FL）：在10倍镜放大条件下，钻石内外部均无瑕疵。 b) 内部无瑕级（LC）：10倍放大条件下钻石内部无瑕，外部可有轻微瑕疵。 c) 极微瑕级（VVS）：钻石具极其微小瑕疵10倍镜下几乎观察不到，细小的点状包体、云状包体、生长纹，分为VVS1和VVS2。 d) 微瑕级（VS）：具有较小瑕疵，10倍镜下较难观察到，分为VS1和VS2微瑕级以上为肉眼不可见级。 e) 瑕疵级（SI）:钻石具有小瑕疵，10倍镜下很容易发现，分为SI1和SI2， 肉眼较难发现。 f)瑕级（I）:10倍镜下一目了然肉眼可见分为I1不影响亮度、I2影响亮度、I3影响亮度和透明度。

(3)钻石切工（cut）

a）钻石标准切工可以使钻石璀璨夺目，反之切割比例不当，会极大的影响钻石的亮度和火彩使钻石黯淡无色，标准圆钻切割57到58个刻面。b）钻石切割形状圆形、椭圆形、橄榄形、水滴形、心形、公主形、祖母绿形。 c）钻石四大切割中心：比利时/安特卫普、美国/纽约、以色列/特拉维夫、印度/孟买。 d）钻石评价标准：比例合适太薄出现鱼眼效应、太厚出现黑底。

(4)钻石克拉重（carat）

1克=5克拉 1克拉=02克 1克拉=100分

钻石的价格和重量的比例是成平方增长。