简述钻石的化学成分及分类？

钻石又称金刚钻，矿物名称金刚石，是目前人最为喜爱的宝石之一，现在随着人们生活水平的提高，钻石已经走入寻常百姓家中。下面就来详细讲解下钻石的化学成分是什么

　　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。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。

　　钻石成份为C元素，其中含有少量的N(氮)、B(硼)，有的还含有极少量的Be(铍)、Al(铝)等元素，而N元素的多少决定了钻石的具体类型。大多数天然钻石中含有较多的N，N和B常以类质同象的形式替代C进入钻石晶格中。N含量一般在0001~025%，有时可达 050%。

　　按照是否含有N元素以及N元素的存在形态，可将钻石分为以下几种类型：

　　Ⅰ型(含N)

　　Ⅰa 型：N在晶格中以聚合的形式存在，如N2 、N3 等形式。多数天然无色—**系列的钻石属于此种类型。

　　Ⅰb 型：N在晶格中以孤N的形式存在。合成钻石及少量天然钻石属于此类型。

　　Ⅱ型(基本不含N)

　　Ⅱa 型：不含B，自然界少见，导热性很好。

　　Ⅱb 型：含少量B，为半导体，天然蓝色钻石多为此类型，是唯一可以导电的钻石。

　　钻石与相似宝石、合成钻石的区别

　　宝石市场上常见的代用品或赝品有无色宝石、无色尖晶石、立方氧化锆、钛酸锶、钇铝榴石、钇镓榴石、人造金红石。合成钻石于1955年首先由日本研制成功，但未批量生产。因为合成钻石要比天然钻石费用高，所以市场上合成钻石很少见。钻石以其特有的硬度、密度、色散、折光率可以与其相似的宝石区别。如：仿钻立方氧化锆多无色，色散强(0060)、光泽强、密度大，为58克/立方厘米，手掂重感明显。钇铝榴石色散柔和，肉眼很难将它与钻石区别开。

　　钻石的化学是什么上面的讲解已经很清楚，钻石是唯一一种有单个元素组成的宝石，也许这正是它看起来如此纯净的原因。

钻石可以区分为Ⅰ型和Ⅱ型种类。

Ⅰ型种类：能透过400-300nm的紫外光，并在红外区显示与N相关的吸收带，根据N的分布可分为：

Ⅰa型种类：N以小片晶形式存在于钻石晶体结构中。

Ⅰb型种类：N以分散状形式存在于钻石晶体结构中。

Ⅱ型种类：能透过低到220nm紫外光，并在红光区无明显吸收带，自然界含量少，且形态为不规则状，著名例子是库里南和塞拉利昂之星。按不同的电学性质分为：

Ⅱa型种类：不导电，具有最高的导热性，室温下至少是铜的五倍，在短波紫外光下不发磷光。

Ⅱb型种类：半导体，短波紫外光下发磷光。

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奋发有为奶茶M

2021-12-30•Ta已获得116赞同

从颜色的角度来看，钻石有白钻、红钻、蓝钻、绿钻等，其中白钻是常见的钻石饰品镶嵌的钻石，纯洁透明象征着圣洁和永恒的爱情:红钻有粉红到鲜红组成，主要的产地是澳大利亚，是比较稀有的品种:蓝钻主要有天然到深蓝色，这种颜色的钻石比较特别的地方就是，它含有具有导电性能的硼元素。

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e68a84e799bee5baa631333363396462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。

钻石晶体在生成过程中总会或多或少搀杂其他元素，甚至在钻石晶体中还会搀杂地幔矿物，这些地幔矿物均以包裹体的形式存在，例如石榴子石（Garnet）和橄榄石（Olivine）等。在钻石晶体中最常见的搀杂元素是氮，极少数钻石晶体中搀杂有硼。氮和硼元素与碳元素的化学性质最为近似，在钻石晶体生长过程中可替代碳元素。搀杂氮元素者呈现**；搀杂硼元素者呈现蓝色，并且使得钻石成为电的半导体。根据钻石晶体中是否含氮元素，钻石可分为两种类型：Ⅰ型钻石，含氮；Ⅱ型钻石，不含氮。钻石中是否含氮可以由红外光谱来确定：两种钻石在红外波长范围具有特征吸收峰，Ⅰ型钻石在1400～1000 cm-1范围具有氮的吸收峰，Ⅱ型钻石因为不含氮而不具有氮的吸收峰。

图1-6 天然Ⅰa型**钻石晶体和刻面**钻石（Robert Weldon/Courtesy of Aurora Gem Collection）

Ⅰa型钻石的**是由聚合氮原子引起的

钻石又根据含氮的状态不同分为Ⅰa和Ⅰb型。

1Ⅰ型钻石

当钻石刚生成时，晶体内的氮元素是以单原子的离散状态存在。在漫长地质年代的高温高压作用下，钻石晶体内的单个氮原子逐渐聚合在一起形成氮原子的聚合体。氮原子的聚合体可能是2个、3个或4个氮原子的聚合体，也可能更多。具有氮原子聚合体的钻石属于Ⅰa型钻石。Ⅰa型钻石占天然钻石的绝大部分，约占98%。Ⅰa型钻石的颜色与含氮量有关，含氮量极低时，钻石为无色，含氮量越高**的饱和度越高。图1-6所示为一颗亮圆形切工的彩**钻石和一颗天然**钻石晶体。

（1）Ⅰa型钻石

Ⅰa型钻石中存在诸多种类的氮聚合体，对钻石颜色产生贡献的是由3个氮原子组成的聚合体，其余氮聚合体在可见光范围不产生吸收，对钻石的颜色没有贡献。3个氮原子组成的聚合体是一个颜色中心（简称色心），记作N3色心，是钻石中最重要的色心。

Ⅰa型钻石晶体中的2个氮原子聚合体被称为A 聚合体，4个氮原子聚合体为B聚合体。Ⅰa型钻石晶体中的A 聚合体和B聚合体的比例不尽相同。根据A 聚合体和B聚合体的比例，Ⅰa型钻石又可细分为几个次类型：①当Ⅰa型钻石中只有A 聚合体时，为ⅠaA型；②当只有B聚合体时，为ⅠaB型；③当Ⅰa型钻石中同时具有A 聚合体和B聚合体并且比例相近时，为ⅠaA B型；①当Ⅰa型钻石的A 聚合体多于B聚合体时，为ⅠaA> B型；⑤当A 聚合体远远多于B聚合体时，为ⅠaA＞＞B型；⑥当Ⅰa型钻石的A 聚合体少于B聚合体时，为ⅠaA< B型；⑦当A 聚合体远远少于B 聚合体时，为ⅠaA＜＜B型。Ⅰa型钻石的次类型可以由A 聚合体和B聚合体的红外吸收峰强度加以确定。

（2)Ⅰb型钻石

Ⅰb型钻石所含的氮元素以单原子的状态随机分布在钻石的晶体中，这些单个氮原子被称为离散氮原子。Ⅰb型钻石的含氮量很低，氮原子在钻石晶体之间的距离较大，即使在很长地质年代的高温高压作用下也不能聚合在一起。Ⅰb型天然钻石极少，只占天然钻石的01%。未经高温高压处理的合成钻石几乎都属Ⅰb型。Ⅰb型钻石的颜色也与含氮量有关，含氮量越高**的饱和度越高。当Ⅰa型钻石和Ⅰb型钻石的含氮量相同时，Ⅰa型钻石的颜色饱和度要远小于Ⅰb型的饱和度。

2Ⅱ型钻石

Ⅱ型钻石不含氮元素，或含有可忽略不计的氮，但可能含硼元素，又分为Ⅱa型和Ⅱb型。

（1)Ⅱa型钻石

Ⅱa型钻石的氮元素含量小于10×10-6，不含有硼元素。Ⅱa型钻石约占天然钻石总量的2%。若Ⅱa型钻石没有任何晶体缺陷，则颜色为无色。许多Ⅱa型钻石呈现粉红色、红紫色和棕色，主要是由于晶体缺陷塑性变形所造成的。Ⅱa型棕色钻石经高温高压处理后可变成无色钻石或较浅的棕色及其他颜色。

图1-7 天然Ⅱb型蓝色钻石（Tino Hammid/Courtesy of Aurora Gem Collection）

北极光钻石集第7号，027ct; Ⅱb型钻石的蓝色是由搀杂硼元素造成的

（2)Ⅱb型钻石

Ⅱb型钻石含有微量的硼元素，呈现蓝色，如图17所示。Ⅱb型天然钻石十分罕见，价格相当昂贵。因硼原子外层有3个电子，在钻石晶体内产生1个电子空穴。这一电子空穴在钻石的能级中生成1个受子能带，可以吸收长波可见光，也可使 Ⅱb型钻石变成半导体。

钻石的简单分类如表1—l所列。Ⅰa型钻石大约占全部天然钻石的98%，颜色为无色到**。Ⅰb型钻石只占全部天然钻石的01%，颜色为无色到**。Ⅱa型钻石占全部天然钻石的2%，颜色为无色。Ⅱb型钻石只含硼不含氮，极为稀少，颜色为蓝色。

表1-1 钻石的简单分类

3鉴定特征

不同类型的钻石具有不同的红外吸收光谱，图1-8所示为典型的不同类型的钻石红外吸收光谱。Ⅰa型与Ⅰb型钻石红外吸收光谱的主要在1400～1000cm-1的波数区间有所区别：Ⅰa型钻石在1282cm-1处11有一A 聚合体的吸收峰，在1175cm-1处有一个B聚合体的吸收峰；Ⅰb型钻石在1344和1130cm-1处具有两个离散氮原子的吸收峰。Ⅱa型钻石在1400～1000cm-1的区间没有吸收峰。Ⅱb型钻石特征吸收峰位于2930,2800,2455和1300cm-1处。实际的钻石红外吸收光谱可能比图1—8所示的典型的钻石分类光谱要复杂得多，主要是由于钻石的类型可能有混合，另外，其他各种钻石晶体缺陷也可能产生红外吸收。

图1-8 不同类型钻石的红外光谱图

由于不同形式的氮可以同时存在于钻石之中，氮和硼也可能同时存在，钻石的类型也可以混合。当钻石中同时具有聚合氮和离散氮时，其类型为混合型Ⅰa+Ib。如果钻石中同时含有离散氮原子和硼原子，其类型应为Ib和Ⅱb的混合型Ib+Ⅱb，人工合成绿蓝色钻石常有这种混合类型。

由于含搀杂元素的种类和浓度的不同，不同类型的钻石对紫外和可见光的吸收也不同。Ⅰ型钻石在紫外波长范围的截止波长为330nm,Ⅱ型钻石的紫外截止波长为220nm。Ⅰ型钻石紫外截止波长较长的原因是由氮元素造成的，硼元素并不改变紫外截止波长的位置。另外，钻石搀杂氮的浓度对截止波长没有影响。