钻石的晶体结构

钻石是一种由碳元素组成的矿物，几乎完全由单一碳原子组成，矿物名称为金刚石。钻石与常见的石墨的物质成分完全一致，均由纯碳元素构成，它们之间的区别在于不同的晶体结构。由于晶体结构的不同，钻石与石墨的物理性质有天壤之别。其中又以硬度的差别最大，钻石的硬度在所知的所有物质中最高，摩氏硬度为10，恰恰相反，石墨的硬度几乎最小，摩氏硬度甚至小于1；另外无色钻石是电的绝缘体，而石墨是电的良导体，常用于制作电极。

碳的原子序数为6，有2个电子层，其中内层的第一电子层由2个电子构成，外层由4个电子构成。根据原子物理学原理，原子的第一层可容纳2个电子，第二层可容纳8个电子。当原子的外电子层填满时，原子的化学性质呈惰性，例如惰性气体氖等；当原子的外电子层未填满时，原子的化学性质活泼。碳原子内层的第一电子层为稳定的电子层，外层的第二电子层由于没有填满8个电子，为不稳定电子层，因而碳原子化学性质活泼。碳原子外层的4个电子可以与其他原子外层的电子发生作用而产生价键结合，非常容易发生化学反应，例如与空气中的氧反应发生燃烧。另外，由于外层自由电子的存在，碳也是电的良好导体。

在钻石的结晶过程中，碳原子外层的4个自由电子与周围的碳原子的外层自由电子产生共价键结合，每一碳原子可与周围4个碳原子结合，形成立方晶体结构，如图1-2所示。当1个碳原子与周围的4个碳原子结合时，每一碳原子都与另外1个碳原子各贡献1个外层电子组成1个共价键。在钻石晶体中，每一个碳原子都有4个共价键和8个共价电子，从而使每一碳原子都形成一个稳定的原子结构。相邻的碳原子之间共享的共价键电子对产生极强的结合，使相邻的碳原子紧密地结合在一起。钻石晶体中碳原子之间的距离为154Å(1 Å=10-10m），碳原子之间由共价键结合形成紧密的立方结构，因此，钻石的晶体结构是所有已知晶体中最坚固的。最坚固的钻石晶体结构必然导致最高的硬度。

图1-2 钻石的晶体结构

钻石晶体中每一个碳原子与周围的4个碳原子结合，碳原子之间的距离为154Å，碳原子之间由共价键结合形成紧密的立方结构

石墨晶体结构与钻石的立方结构不同，每一碳原子与周围在同一晶体面上的3个碳原子结合。每一碳原子都剩余1个外层电子，使每一碳原子都没有达到稳定状态。在石墨晶体的层与层之间没有价键连接，为十分不稳定结构，所以其硬度极低；另外，碳原子晶体层之间的滑动摩擦系数很小，因此，石墨是一种非常好的润滑填充剂。

在钻石结晶过程中，晶体沿特定晶面生长。最常见的钻石晶形是八面体。钻石八面体的8个面都是面积相等的等边三角形。其他的晶形有菱形十二面体、立方体、三八面体和聚形等。图1-3所示为天然钻石的天然晶形和利用相似晶形、颜色的天然钻石晶体所加工出的彩色钻石。

图1-3 天然钻石的晶形和利用相似晶形、颜色的天然钻石晶体所加工出的彩色钻石（Robert Weldon/Courtesy of Aurora Gem Collection）

图1-3中后排左起第五颗**天然钻石晶体是晶形和晶面都非常好的典型八面体；后排左起第四颗**天然钻石晶体也是八面体，但晶面受到磨损变得圆滑而不平整，晶面交角也失去棱角变成不规则圆弧形；后排最右边两颗绿色天然钻石晶体都呈立方体；后排左起第三颗**天然钻石的晶形为典型经磨损的三八面体；后排最左边两颗天然钻石晶体都是不规则形状，由最左边的那颗形状不规则的天然钻石晶体可以切割出紫红或粉红紫红色的刻面彩色钻石，十分难得。形状不规则的天然钻石晶体都是由于外力的破坏，通常是在冲刷过程中钻石之间的摩擦和钻石与砂石之间的摩擦，以及开采过程中的撞击造成的。

因为彩色钻石价格昂贵，而且价格与切工和净度关系不大，切割彩色钻石时，首先要考虑的是获得最大重量。刻面彩色钻石的形状要与原天然晶体形状尽量相似以获得最大重量。市面上绝大多数的彩色钻石的形状都是不规则的花形切工，很少见到理想亮圆形切工的彩色钻石。1997年在日内瓦以805000美元拍卖成交的一颗175ct的紫红红色钻石的形状与原晶体形状相似，主要的加工是将原晶体的自然面抛光。

钻石晶体也可能呈双晶或是多晶。图1-4是一颗晶形十分完整的天然双晶钻石晶体，主要晶体呈典型的八面体，在顶部又生长出一个小八面体。这一双晶钻石晶体的颜色为灰色，是由在钻石晶体中含有许多微小的石墨晶体或未结晶的炭黑造成的。由于石墨或炭黑呈黑色，几乎完全吸收可见光，即使很低的含量也会使得钻石变为灰色，甚至是黑色。天然灰色和黑色钻石原石一般用于工业用途。这颗灰色天然双晶钻石晶体来自钻石次生矿，经冲刷和磨损，晶面和棱角都呈圆滑状。

图1-5是另外一种天然双晶钻石晶体，由两个立方体互相嵌入构成穿插双晶（Pene—tration twin）。这颗天然双晶钻石晶体的颜色为**，如果精心加工以增强饱和度，它可能成为一颗彩**钻石。这颗**天然双晶钻石晶体的晶面和棱角都为圆滑状，也来自钻石次生矿。

图1-4 由两个八面体构成的天然双晶钻石晶体

（刘严摄影/刘严收藏）

图1-5 由两个立方体构成的天然穿插双晶

（刘严摄影/刘严收藏）

       钻石作为一种昂贵的宝石受到无数人的热捧，而我们能看到的大多数钻石都是透明无色的，在阳光下晶莹剔透。同样也有一些钻石是存在彩色的，一些特殊颜色的钻石更是价值连城。

        钻石，又称金刚石或金刚钻，在世界上享有“宝石之王”的美誉。钻石的化学成分为纯碳（C），硬度是10，在以“莫氏硬度表”为标准来衡量物体硬度的比较中，钻石是最硬的，如常见的玻璃就只有5或6。钻石的硬度高、折光率高、色散力很强，再经过精心雕琢后更是光彩夺目。

       通常情况下，钻石呈透明状，彩钻指具有显著颜色，或者是罕见的天然至色钻石，它的颜色必须要达到一定的色度。现代钻石颜色分级体系大多以字母表示钻石的颜色级别，以“D”为最高级别，顺序为D至Z，依次代表较低色级。在国际鉴定分级制度GIA分级体系中，只有深于Z色的钻石才能称之为彩钻。

       彩钻为什么会有颜色呢？

       钻石颜色的主要成因是无色钻石结构或微量成分的细小变化，表现的方式有很多种，如杂质元素、辐射或放射致色、塑性变形致色、内含物致色等众多因素。

       1致色元素。仅就钻石晶体而言，它由碳（C）元素组成。所以，当钻石晶体结晶格内含有其他元素时，钻石的颜色就会被改变。如：钻石含有微量硼元素会形成体色稍微显蓝的彩钻；含有微量氮元素会使钻石呈现**，如果氮元素过多，就会形成符合GIA标准的**钻石。

       2晶格扭曲。在钻石晶体形成过程中，晶体如果受到外部压力的强烈挤压，就会造成晶体格子错位或扭曲，这也会使钻石体色改变。粉色钻石和褐色钻石的颜色成因就属于这一种。

       3辐射线照射。天然辐射线照射同样会对钻石的体色产生影响，使之颜色产生变化。如绿钻石毛坯在形成过程中，就是受到外界自然辐射线照射而导致体色改变。

       4内含物。钻石毛坯里的共生晶体因微裂、细裂等内含物的关系也会使钻石体色变化。例如黑钻因为含有石墨等黑色内含物，再加上内部裂缝造成光线无法穿透传递，使钻石颜色变化。

       很多带颜色的物品在使用后或时间长了之后都会变色，那么，美丽的彩钻是否也会变色呢？

       绝大部分的天然彩钻颜色很稳定，但不可否认的是确实存在会变色的钻石。例如变色龙钻石，平常呈现罕见的橄榄绿色，光线暗淡时呈深**，强光条件下，数分钟内会变为祖母绿色。除此之外，温度也会引起变色龙钻石颜色改变。但究其变色原因，目前仍有争议。

影响颜色的4个因素：

杂质元素致色

塑性变形致色

辐射中心致色

矿物包裹体致色

无色钻石：纯净、无杂质、无晶格变形。

粉红、紫红色 天然的粉红色：与褐色成因相似。

光谱：Ia : 415、 478、 560nm

IIa : 390、 396、560nm

Argyle粉红色：415、 503、 560nm

粉红色均以560nm吸收宽带为特征。

钻石塑性变形：位错(即第二种原因)

红色钻石主要是 澳大利亚 产

当钻石在形成时受地质条件的影响 会对内部结构产生影响 产生电子位错

形成新的能级，吸收自然光中的部分能量，形成红色粉红色

蓝色：

B原子所致，其外层为三个价电子，当与碳原子形成共价健时产生一个空穴，并被相邻的碳原子的电子充填，电子吸收长波（红色），残余色呈蓝色。

黑色：大量的暗色不透明的包裹体

—微晶状 铁质 矿物或分子级石墨化。

绿色：辐射损伤中心致色，

天然钻石常为很薄的绿色表皮

我QQ510687002

我的博客 http://blog163com/huapengyuan2006/

推荐你看看

　　有颜色的钻石结构和普通的钻石结构没有任何区别，只不过是里面含有一些杂质包含了一些微量元素，而这些微量元素导致了少量的内部晶体结构变形，产生了其他颜色的反射，这样才产生了彩钻。就例如说如果在钻石中有一个碳原子被氮原子取代的话，那么钻石就会呈现**。

1、彩钻为什么会变色？

　　钻石是珠宝中的皇冠是最值钱的珠宝之一，欧洲的贵族北美的贵族都比较喜欢钻石，而彩钻则是钻石中的佼佼者，彩钻要比白色的钻石更加稀少罕见。平均十万颗钻石中才会产生一颗彩钻，彩钻之所以会有各种各样的颜色，主要是因为其中的微粒变化而导致颜色的反射差，最常见的就是蓝钻粉，钻红钻等等。例如说蓝钻就是在钻石行程中吸收了少量的蹦元素，这样整体才会反射出蓝色的光芒。

2、彩钻和白钻哪个更值钱？

　　那么同等条件下，什么样的钻石更值钱的彩钻是一定要比白色的钻石更值钱的？其主要原因就是因为稀有。稀有性对钻石的价值有着决定性的影响，某些钻石的颜色是可遇不可得的，尊贵的红钻要比大熊猫还要稀有。所以说很多红钻的价格都是天价，有一种说法说彩钻的纯度比不上白钻，彩钻是有杂质的钻石。但实际上我们就拿白钻来说，有杂质的比比皆是，达到收藏投资保值价值的白钻几乎是凤毛麟角。

3、钻石保值么？

　　很多人买钻石基本上都是为了结婚。钻石的广告上会说爱情恒久远一颗永流传但实际上，这完完全全都是智商税，是商家为了刺激消费而编撰出来的钻石和爱情，根本就没有任何联系。而且钻石的价格会越来越贬值，目前我国已经开始合成人造钻石，人造钻石与天然钻石没有任何区别，所以说希望大家理智消费。

　　净度与颜色都是评价钻石质量的标准。

　　一般在钻石总价格中，钻石重量占40%-60%,净度占15-20%,颜色占15-25%,切工占20-35%。相比净度，颜色更出彩。一般有经验的消费者在购买钻戒等饰品时，会选择颜色看起来更洁白、更炫目的，而净度因其需要专业人员在十倍显微镜下放大才看得见，所以也就不会十分在意。

　　一般来说，净度与颜色级别都较高的钻石，价格也不会低。但是有些人经济不是很宽裕，就会选择看起来颜色等级较高的钻石。虽然在净度与颜色哪个对钻石价格更重要的问题上，许多人会觉得颜色更重要的，而对净度的要求放低，可是钻石的颜色和净度都是衡量钻石价值的重要标准。所以在购买钻石饰品时，如果经济允许，还是尽量选择净度和颜色级别都高的钻石，毕竟这样的钻石更稀有珍贵，并更具收藏和保值潜力。