钻石的价值非常高，那钻石到底是怎么形成的？

钻石的价值非常高，那钻石到底是怎么形成的？

热爱科学的你一定知道吧。 钻石实际上是坚硬透明的碳粒。 它和黑亮的石墨一样是碳的同素异形体。 钻石之所以贵，是因为它由数百公里深的地幔生成，而且产量低，质量好的更少。 当然，也有其他原因。 例如，垄断经营的宝石商有意抑制产销量，引起市场饥饿，从而获得超额利润等。从非洲开采的钻石。这是中科院科学家为“制作钻石”而欢呼的原因。 看到我们的“种花之家”成功制作钻石，以后花白菜价买钻戒求婚就快可以见天日了，真的想想也很兴奋。

人造金刚石的尝试。自从1797年发现钻石其实是纯碳之后，科学家们开始了用碳制造钻石的不懈尝试。人造钻石不容易。 因为在自然状态下，碳必须在非常高的温度和非常大的压力下才能完成原子的重新排列，从而形成结构坚固的晶体。 也就是说，要把石墨变成闪耀的钻石，至少需要2000K的高温和35GPa的强压力。 在相当长的一段时间里，人类无法制造出这样强大的机器。 这必须在距离地面150-250公里以下的地幔深处才能完成。 有些钻石还会在更深的地下800公里处产生，最终通过地幔的热对流、地壳运动、火山喷发输送到地表。

石墨在高压下的碳键变化。由于天然金刚石形成在深的地下，制造人造金刚石的人们也想模拟地幔的高温高压的环境。 其代表技术之一被称为HPHT，将高纯度碳、小金刚石的“种子”和熔融的镍、钴或铁混合，将其放入特制的模具和“砧”的组合中，用大型的带式压力机测量10GPa的压力和1400的高温高压下，熔融金属溶解高纯度碳源，将其输送到小金刚石种子表面沉淀，形成大合成金刚石。

HPHT加压法制备金刚石的原理。早期热压法制备的金刚石颗粒约015大小，形状和颜色都不完美，只能用于工业用途。 之后，人们改进了设备和技术，在持续的高温高压下，一周左右就能得到5毫米大小的人造金刚石。改进的热压容器。由于工艺的关系，用HPHT法制作的金刚石大多是杂色的，结晶不完全，仍然只用于工业。 而且，这个制造工艺需要非常复杂的设备和大量的能源，高额的成本也使得大粒人造金刚石的价格居高不下。科学分析：钻石是如何“种植”的？

用HPHT法制作的小钻石。俄罗斯圣彼得堡一家名为“新钻石技术”的公司在实验室利用热压法花了300小时制造了迄今为止最大的人造钻石。 重322克拉，切断后制成了重1002克拉的无色钻石。 据鉴定，这颗钻石被定为VS1网度、e色，具有非常好的光泽度，它仍然很高。几个世纪以来，钻石一直是权力、财富、地位的象征，为什么钻石这么贵？ 你为什么被认为这么有价值？ 我们都知道，东西稀少昂贵，真正的天然钻石非常稀少，世界天然钻石供应逐渐枯竭。 市场上大多数钻石都是人造钻石，在专家眼里人造钻石和天然钻石还是有很大不同的。

钻石为什么这么贵，那是怎么做出来的，看完之后知识就上升了。我们来谈谈钻石是怎么形成的。 在地球深部约150-200公里处，纯碳物质在压力45109Pa、温度1100-1600度的条件下结晶，形成天然金刚石，但地球深部有金刚石形成的物理和化学条件，理论上任何时期都可以形成金刚石只要达到金刚石形成的物理和化学条件地球壳产生拉力，固体岩石开始移动破裂时，发生地震，火山爆发。 火山熔岩从地球深部上升到地表时，将在深部形成的钻石带到地球的浅层和表面。 通过用熔岩冷却，可以在冷却的岩石中找到钻石。 当金刚石丰富达到一定规模时，我们称之为金刚石原生矿，不同的矿型采用不同的开采方法。由此可见，天然钻石的形成环境十分严峻，经过几亿年的化学反应，难怪成为世界上人人喜爱的宝石。 如果钻石不是那么稀有的话，那和普通的石头没什么区别。 之所以被赋予如此高的价值，是因为其形成所需的时间长，在地球上非常稀少。

钻石是一种由碳元素组成的矿物，是碳元素的同素异形体。

钻石和石墨都属于碳单质，二者的化学式都是C，在矿物化学组成中，总含有Si、Mg、Al、Ca、Mn、Ni等元素，并常含有Na、B、Cu、Fe、Co、Cr、Ti、N等杂质元素，以及碳水化合物。

钻石和石墨的化学性质完全相同，但钻石和石墨不是同种物质，它们是由相同元素构成的同素异型体。 所不同的是物理结构特征。

钻石的化学性质

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，是指经过琢磨的金刚石。金刚石是无色正八面体晶体，其成分为纯碳，由碳原子以四价键链接，为目前已知自然存在最硬物质。

由于金刚石中的C-C键很强，所有的价电子都参与了共价键的形成，没有自由电子，所以金刚石硬度非常大，熔点在华氏6900度，金刚石在纯氧中燃点为720~800℃，在空气中为850~1000℃，而且不导电。

钻石矿物晶体构造属等轴晶系同极键四面体型构造。碳原子位于四面体的角顶及中心，具有高度的对称性。单位晶胞中碳原子间以同极键相连结，距离为154pm。常见晶形有八面体、菱形十二面体、立方体、四面体和六八面体等。

-金刚石 （纯碳组成的矿物）

［化学组成］无色透明的金刚石质纯，带色和不透明的常含N，B，Si，Al，Na，Ba，Fe，Cr，Ti，Ca，Mg，Mn等元素。

［晶体结构］等轴晶系。在金刚石的晶体结构(图11-4)中C分布于立方晶胞的8个角顶和6个面中心，在将晶胞平均分为8个小立方体时，其中的4个相间的小立方体中心分布有C(图11-4A)。金刚石结构中的C以共价键与周围的另外4个C相连，键角109°28'16″，形成四面体配位(图11-4B)。

图11-4金刚石的晶体结构

［结晶形态］自然界中金刚石大多数呈单晶产出(图11-5，图11-6)，常见圆粒状或碎粒。其单形主要是八面体{111}，菱形十二面体{110}及它们的聚形，少数为八面体{111}、菱形十二面体{110}与立方体{100}、四六面体{hk0}的聚形。由于熔蚀作用常见晶体呈浑圆状，晶面弯曲，并出现蚀像，不同的单形有不同的蚀像，如八面体晶面出现三角形，立方体晶面出现四边形熔蚀坑。

［物理性质］成分较纯的金刚石为无色透明，由于微量元素的混入而呈不同的颜色，常常带深浅不同的**色调，也有呈乳白色、浅绿色、天蓝色、褐色和黑色等;典型的金刚石光泽，断口具油脂光泽。平行{111}解理中等。硬度10。相对密度351～352。性脆。纯净金刚石导热性良好，室温下其热导率几乎是铜的5倍。具发光性。

图11-5呈八面体晶形的金刚石单晶体

图11-6金刚石的晶形

［成因及产状］金刚石仅形成于高温高压的条件下，为岩浆作用的产物，目前仅见于超基性岩的金伯利岩(角砾云母橄榄岩)、钾镁煌斑岩及高级变质岩榴辉岩中。

当含金刚石的岩石遭受风化后，可以形成金刚石砂矿。

世界上著名金刚石产地有南非、扎伊尔、俄罗斯雅库特等。我国山东、辽宁、贵州等地相继发现金刚石的原生矿床。山东发现一颗重158786克拉的金刚石。

［鉴定特征］极高的硬度，标准金刚光泽，晶形轮廓常呈浑圆状。

［主要用途］根据用途不同可分为宝石金刚石和工业金刚石。前者主要利用其光彩诱人的色泽和极高的硬度，经人工琢磨成各种多面体后就成为“钻石”，钻石至今仍然是最紧俏、最名贵的宝石，质优粒大者价格更为昂贵，如大于1g的优质钻石价格可达5000美元/克拉以上。后者主要利用其各种特性，如利用金刚石的高硬度制作仪表轴承、玻璃刀、表镶钻头、固体微波器及激光器件折散热片;利用其优良的红外线穿透性制造卫星窗口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。随着科学技术的迅速发展，金刚石的用途越来越广泛。

在金刚石晶体中,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

在石墨晶体中,同层的碳原子以sp2杂化形成共价键,每一个碳原子以三个共价键与另外三个原子相连六个碳原子在同一个平面上形成了正六连连形的环,伸展成片层结构,这里C-C键的键长皆为142pm,这正好属于原子晶体的键长范围,因此对于同一层来说,它是原子晶体在同一平面的碳原子还各剩下一个p轨道,它们相互重叠电子比较自由,相当于金属中的自由电子,所以石墨能导热和导电

由于结构不同,导致性质不同

钻石主要由碳原子组成，碳原子可以和相邻的碳原子共享一对电子。

钻石的碳原子是SP3杂化，四个键位于正四面体的顶角，碳原子位于正四面体的中心，每个碳原子和相邻的碳原子共享一对电子。

12g金刚石刚好为1mol碳单质。乘以阿伏伽德罗常数NA既为12克金刚石种所含碳原子的数量。请观察钻石的碳原子结构。请见 http://baikebaiducom/picview/14770/11089186/0/4bac307315eaed5b8701b0a3html#albumindex=1&picindex=4

可以发现一个碳原子周围有4个碳碳键，又一个碳碳键需要两个碳原子共同形成，则碳原子的个数和碳碳键的个数比例为1:2，即碳碳键的数量为2NA，又每个六元环需要的碳碳键为6个，但每个碳碳键可以参与形成3个六元环，则六元环的个数和碳碳键的个数为2:1，如此则碳原子的个数比和六元环的个数比刚好为1:1，所以12g的金刚石中所含最小六元环为1NA个。