钻石、铅笔芯同是碳元素构成,差距咋就这么大?

钻石、铅笔芯同是碳元素构成,差距咋就这么大?,第1张

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)

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拍卖会中售出的莫桑钻和钻石,一般情况下是钻石更值钱。莫桑钻,仅仅看名字,好像跟钻石一样,其实是一种商业化的叫法,目的就是为了提高“身价”,他的学名叫“莫桑石”,在化学领域叫其“合成碳化硅”。莫桑钻同钻石虽然“样貌”极为相似,但是两者的价格差距极大,莫桑钻的价格一般只有钻石的十分之一左右,品相不高的莫桑钻甚至不到钻石的百分之一。

莫桑钻和钻石成分区别就非常大,钻石属于“纯天然”的宝石,他的主要成分是碳,而且含碳量一般都在96%以上,另一部分杂质多数是Si、Al、Ca、Mg、Mn、Ti、Cr、N 等;莫桑钻并不是天然宝石,他是合成产品,所以他的学名叫“合成碳化硅”。一种是天然宝石,一种是合成硅,很显然天然宝石更保值,更值钱了。

莫桑钻一般都要比钻石更好看,这主要是因为钻石的火彩色散值只有0044;而莫桑钻的火彩色散值却高达0104,从这组数据对比就可以看出,莫桑钻火彩颜色更佳。两者在相对暗一些的地方对比,可以清晰的感觉到,莫桑钻就是浓妆美女,而钻石则是素颜女神,莫桑钻从颜色来讲更讨人喜欢。

莫桑钻之所以相比钻石便宜得多,主要是因为钻石是大自然的产物,需要上亿年锤炼,才能成型,最终经过一系列的人工采选,最终展现出其内在魅力;而莫桑钻来源于工厂,制作莫桑钻可以用专业仪器定制,制作时间也不长,几天时间就可以生产一颗合格产品,而且生产方式简单,因此两者的价格差距极大,一般情况下,莫桑钻的市场价格都只是钻石的十分之一左右,随着产量的上升,莫桑钻保值度也越来越低。

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