钻石的基本性质

钻石的矿物名称为金刚石，英文名称为Diamond，源自希腊语“adamant”，意思是“坚不可摧”。

钻石与红宝石、蓝宝石和祖母绿一起并称为四大珍贵宝石。目前钻石已成为结婚的信物，并被誉为四月的生辰石，象征坚韧、永恒和纯洁无瑕。

一、钻石的化学成分和分类

1化学成分

钻石是具有立方结构的碳。主要成分是C，其质量分数可达9995%，次要成分有N、B、H等。其他微量元素还有Si、Al、Ca、Mg、Mn、Ti、Cr等。

2分类

钻石的分类最早由Robertson、Fox和Martin等三人根据钻石在红外区吸收带和对紫外光透射的差异提出，他们认为Ⅰ型钻石能透过400～300nm的紫外光并在红外区显示与氮有关的吸收带，而Ⅱ型钻石可透过低至220nm的紫外光并在红外区无明显的吸收带。

1959年美国的Kaiser和Bond发现Ⅰ型和Ⅱ型钻石的差异与杂质氮有关，后来人们又发现在含氮的钻石中氮的最常见的存在形式不只一种，氮以单个氮原子分散在钻石中，称为C心、以原子对集合体出现，称为A心、3个氮形成的原子团称为N3中心，而多于4个原子的原子团则称为B集合体(B心)，也可为一些较大的有几个原子厚的扁平层偏片晶氮存在，称为D心。钻石的分类是按照是否含氮和硼及氮的聚型类型划分如下(表14-1-1)。

表14-1-1 钻石的分类

天然钻石中Ⅰa型钻石约占98%以上，Ⅱa型占1%左右，Ⅰb型和Ⅱb型很少，人工合成钻石中以Ⅰb型为主，少量为Ⅰb和Ⅰa型混合型。

二、钻石的结构与形态

1晶体结构

钻石属等轴晶系， ；a0=035595nm；Z=8，具立方面心格子，C原子位于立方体角顶和面的中心，将立方体平分为8个小立方体，在其中4个相间排列的小立方体的中心还存在C原子，呈四次配位。每个C原子以SP3外层电子构型与相邻的4个C原子形成共价键(如图14-1-1)。C—C间距为01542nm，C-C-C键角109°28′16″。

图14-1-1 钻石的晶体结构

2形态

钻石属六八面体晶类，Oh-m3m(3L44L36L29PC)，常见单形：八面体o{111}，菱形十二面体d{110}、立方体a{100}及其聚形(图14-1-2a和图14-1-2b)。

图14-1-2a 钻石的常见晶形

钻石晶体通常呈歪晶，由于溶蚀作用使晶面棱弯曲，晶面常发育阶梯状生长纹、生长锥或蚀象，且不同单形晶面上的蚀象不同，八面体晶面上可见倒三角形凹坑，立方体晶面上可见四边形凹坑，十二面体晶面上可见线理和显微圆盘状花纹。

钻石的双晶依(111)最普遍，可成接触双晶、星状穿插双晶或轮式双晶。其中三角薄片(macle)接触双晶具有典型的扁平三角形外观，在双晶两个平面结合处环绕钻石有明显的青鱼骨刺纹，在钻石贸易中称为结节。

三、钻石的光学性质

1颜色

钻石的颜色分两个系列：即无色—浅**系列和彩色系列。无色—浅**系列钻石的颜色为：无色至浅黄、浅褐；彩色系列钻石的颜色一般为深黄、褐、灰及浅至深的蓝、绿、橙黄、粉红、红、紫红色，偶见黑色。

图14-1-2b 钻石晶体不同聚形示意图

大多数彩钻颜色发暗，强至中等饱和度、颜色艳丽的彩钻极为罕见。彩钻是由于少量杂质 N、B和H原子进入钻石的晶体结构之中，形成各种色心而产生的颜色。另一种原因是晶体塑性变形而产生位错、缺陷，对某些光能的吸收而使钻石呈现颜色。

(1)黄至棕**钻石的颜色是由于N原子代替C原子而产生的。理想的钻石晶体是禁带很宽的半导体，宽的禁带避免了可见光范围内的一切可能吸收，因此理想的钻石是无色的。当N原子代替部分C原子时，由于氮外层有5个电子，代替碳原子后多余一个电子，这电子在禁带中形成一个新的能级，相当于减少了禁带宽度，从而使得晶体能吸收可见光范围内的光能而呈现颜色。N原子代替C原子有不同的形式，一种情况是孤立的N原子代替C原子，它对能量高于22eV(波长小于560nm)的入射光有明显的吸收，使钻石呈现一系列**、褐色、棕色，其颜色很鲜艳浓郁，Ⅰb型钻石的颜色往往由该种色心引起；另一种情况是金刚石内N原子可移动聚合在一起形成多个N原子集合体，这种集合体对400～425nm光有明显的吸收作用，同时对4772nm有弱吸收，由于人们对4772nm吸收反应灵敏，4772nm蓝光被吸收后，钻石呈现**。

(2)蓝色钻石：从晶体完美程度来讲，蓝色钻石是最好的，也是极罕见的。它不含N却含有微量B(wB＜1%)，属Ⅱb型钻石。正是这些B使钻石呈现美丽的蓝色。少数含H杂质的钻石也呈蓝色。

(3)粉红色钻石和褐色钻石：这两种彩钻都是由于钻石在高温和各向异性压力的作用下发生晶格变形而产生的颜色，相比之下粉红色钻石罕见得多，因而极其昂贵。这种晶体缺陷在极端情况下可形成紫红色钻石。

(4)绿色钻石：绿色和蓝绿色钻石通常是由于长期天然辐射作用而形成的。当辐射线的能量高于晶体的阈值时，碳原子被打入间隙位置，形成一系列空位-间隙原子对，使钻石的电子结构发生变化，从而产生一系列新的吸收，使钻石着色。若辐照时间足够长或辐照剂量足够大，可使钻石变成深绿色甚至黑色。辐射造成的晶格损伤有时还可形成蓝色钻石和黄褐色钻石。

2光泽

钻石具有特征的金刚光泽，金刚光泽是自然界透明矿物最强的光泽。但钻石的光泽有时会因表面不平而显得暗淡。

3透明度

钻石的透明度为透明-不透明。纯净的钻石应该是无色透明的，但由于地质条件的复杂性，常有杂质元素进入钻石的晶格或以包裹体的形式存在于钻石中，使钻石的透明度受到一定的影响。

4光性

钻石属等轴晶系，为均质体，在正交偏光下全消光，但有些钻石由于内部应变或内部含有包裹体，偶见异常消光。

5折射率

钻石为单折射宝石，在钠光(5893nm)中折射率为2417，超过了常规折射仪的测试范围，是透明矿物中折射率最大的。

6色散

钻石的色散强，色散值为0044，比天然无色透明宝石的色散都高，所以我们在切割标准的钻石表面能看到漂亮的“火彩”。

7发光性

(1)紫外荧光：钻石在紫外灯下的荧光可有不同的反应，有些钻石发光很强，有些则不发光。钻石在长短波紫外光下可呈现从无至强的蓝色、**、橙**、粉色等荧光，通常长波较短波的荧光强。

(2)X射线荧光：钻石在X射线下一般呈现蓝白色的荧光，且稳定性好，在钻石开采中可根据钻石X射线下的荧光特性，将其他砾石分选出去。

(3)阴极发光：阴极发光可揭示钻石的内部生长结构，钻石在阴极发光仪的电子束照射下，绝大多数钻石会发出阴极荧光，主要呈现蓝色、橙红色和黄绿色，天然钻石和合成钻石的生长条件不同，表现出的生长结构也不同，目前阴极发光技术已成为鉴别钻石是天然的还是合成的主要手段之一。

8吸收光谱

无色—浅**的钻石，在紫色区4155nm处有一吸收谱带；其他颜色的钻石的吸收线位于453nm，466nm和478nm处；褐—绿色钻石，在绿区504nm处有一条吸收窄带，有的钻石可能同时具有415nm和504nm处的两条吸收带。辐照改色的**钻石可能在498nm，504nm和592nm处有吸收带。

四、钻石的力学性质

1解理

钻石有四组八面体{111}方向的中等解理，{110}、{221}的不完全解理。图14-1-3为钻石{111}方向解理示意图。

图14-1-3 钻石{111}方向解理示意图

2硬度

钻石的摩氏硬度为10，是自然界最硬的矿物，钻石的硬度具有各向异性的特征，不同方向硬度不同，其八面体晶面的硬度大于立方体晶面的硬度，因此在钻石加工中可用钻石研磨钻石。

钻石具有很强的抗磨性能，摩擦系数小，其抗磨能力是刚玉的90倍。这种特性使钻石能高度抛光，并使每个小面边棱锐利、挺直。但值得注意的是，钻石虽硬，但常显脆性，在外力冲击作用下很容易破碎。

3密度

钻石的密度为352(±001)g/cm3，因钻石成分单一，并且纯度较高，所以钻石的密度相对很稳定。

五、钻石的内含物

钻石的内含物主要有浅色至深色矿物包体、云状物、点状包体、羽状纹和生长纹。矿物包裹体主要是钻石、橄榄石、辉石、石榴子石、锆石、刚玉、黑色石墨、暗色的赤铁矿、钛铁矿、铬铁矿、硫化物等。云状物由云雾状白色或灰色包体组成，羽状体则包括开放式裂隙和隐蔽式裂隙两种裂隙类型。此外，钻石中还可见生长纹和解理等特征。

六、钻石的电学性质和热学性质

1电学性质

Ⅰ型和Ⅱa型钻石是绝缘体，室温下电阻率为1014～1015Ω·cm。通常情况下，Ⅱb型钻石因含硼而电阻率降低，为25～108Ω·cm，为P型半导体，钻石半导体的电阻值随温度变化特别灵敏，甚至连很微小的变化(00024℃±)都能在瞬间被记录下来，这一特点被广泛应用于真空仪器和精密测温的仪器中。

2热学性质

(1)导热性：钻石具有很高的导热率，且导热率与含氮量有关。若300°K下其导热率为铜的3倍，则其含氮量＜300×10-6。Ⅰa型钻石的含氮量多高于此值，故不宜作散热元件。Ⅰb和Ⅱ型钻石含氮量低，均具有很高的导热率，适于作散热元件。其中Ⅱa型钻石的导热率最好，约比铜高6倍，在190℃则升至30倍左右。

根据钻石的高导热率，宝石鉴定中可用钻石笔(热导仪)鉴定钻石和其仿制品；若简单地对着样品哈气，如果是钻石，则表面上的那层雾气比仿制品要消失得快，这是因为钻石传热快，钻石提供的热量让水膜迅速蒸发的缘故。

(2)热膨胀性：钻石的热膨胀性非常低，温度的突然变化对钻石的影响很小，但若钻石中有裂隙或含有热膨胀性大于钻石的包裹体时，温度的突变可能使钻石发生破裂。

(3)可燃性：高温下钻石可燃，燃点在空气中为850～1000℃，钻石在氧中加热到650℃时，即缓慢燃烧而变为气体二氧化碳。燃点和钻石与空气的接触面及增温率有关，一般小颗粒钻石比大颗粒钻石易燃。激光打孔就是利用该原理在很小区域内提供集中的热量，使空气中的氧将钻石中的暗色物质烧掉。在绝氧并加压的真空条件下，钻石加热到1800℃，可转变成石墨。

3其他性质

(1)表面性质：钻石表面具有亲油性和疏水性。由于钻石由非极性的碳原子组成，对水的H+和(OH)-不产生吸附作用，即水对钻石不产生极化作用，故钻石具有疏水性。

(2)化学稳定性：钻石对任何酸都是稳定的，甚至在高温下，酸对钻石也不显示任何作用，但在含氧盐类和金属熔体中，钻石很容易受侵蚀。

一克拉钻石是02克。

一克拉钻石重量大小

一克拉钻石的另一种大小阐述就是重量，而且重量是钻石4c里的头一个检测标准。一克拉的重量跟我们实体物品的重量一样都是用克来体现的，一克拉重02克，也就是20毫克，如果跟实体物品比重量这就太小了，但是不要小看这个重量，它的价格可是比价昂贵的，少则数万，高则数十万，可见我们不能以重量来衡量物品的珍贵度。

一克拉钻石尺寸大小

钻石的大小可以从两个方面来阐述，对于大部分人来说钻石的大小就是尺寸大小，就是我们戴在手上能肉眼真实看到的大小。对于一克拉钻石来说也有一个尺寸标准，根据国际尺寸标准圆形一克拉的钻石直径是65毫米，也就是半厘米多点。如果我们佩戴在手上对比，它一般占女孩无名指宽度的三分之一多点，这个大小已经是非常有视觉效果了。不过因为不同的钻石形状，所以我们实际看到的钻石大小是有差别的。

钻石的十大特性是硬度、韧度、比重、热导率、热膨胀率、折射率、色散率、光泽、亲油性、对化学药品的反应  。

1、硬度

钻石的摩氏硬度为10，是讫今为止人类所发现的最硬的天然物质。与其它宝石相比，钻石镶在首饰上，更能抵抗一切物质对它的磨损、划伤，因此钻石一旦拥有，便可世代留传，因为钻饰永不磨损，常戴常新。

2、韧度

钻石具有较高韧度，但它的边棱却是比较脆的，因此佩戴时应避免碰撞。  

3、比重

钻石的比重为352克/立方厘米，钻石的比重比一般宝石都大，即意味着它的原子堆积得更紧密。  

4、热导率

钻石是已知物质中传导热的能力最强的物质，这一性质使钻石在航空工业和微电子工业中得到广泛使用。  

5、热膨胀率

钻石的热膨胀率很低，不会因温度的变化而有明显的热胀冷缩现象。  

6、折射率

钻石的折射率2417，是所有天然无色宝石中最高的，使光线进入钻石后向中心聚合。  

7、色散率

钻石的色散率高，为0044。这也是所有天然无色宝石之最。钻石因其能将白光分散成光谱式的彩虹颜色而具备这一性质。  

8、光泽

光泽与折射率相关，是物体表面反射光线时所表现出的特点。钻石为典型的金刚光泽，这使得钻石经切磨后具有极其耀眼的光泽。  

9、亲油性

钻石表面很容易沾油，具有强列的亲油性。

10、对化学药品的反应  

钻石具有很高的化学稳定性，酸、碱及一般化学药品对它不起作用。

扩展资料：

一、工业用途

地质钻头和石油钻头金刚石、拉丝模用金刚石、磨料用金刚石、修整器用金刚石、玻璃刀用金刚石、硬度计压头用金刚石、工艺品用金刚石。

若涂在音响纸盆上，音箱音质会大为改善。

二、慢性毒药

文艺复兴时期，用金刚石粉末制成的慢性毒药曾流行在意大利豪门之间。当人服食下金刚石粉末后，金刚石粉末会粘在胃壁上，在长期的摩擦中，会让人得胃溃疡，不及时治疗会死于胃出血，是种难以让人提防的慢性毒剂。

三、观赏宝石

钻石由于折射率高，在灯光下显得闪闪生辉，成为女士最爱的宝石。巨型的美钻可以价值连城。而掺有深颜色的钻石的价钱更高。目前最昂贵的有色钻石，要数带有微蓝的水蓝钻石。

—钻石

金刚石现在的主要用处却不再是用来做宝石，由于它是人们已发现的一种最坚硬的物质，已被用来作为制作切割、钻孔、研磨等工具的非常重要的工业材料。

钻石的矿物名称叫金刚石，人们一般称经过琢磨的金刚石为钻石。金刚石的化学成分是纯碳，硬度为10，是自然界中最坚硬的物质，比重347至355，折光率242。为八面或十二面体的结晶。性脆、透明，不怕强酸强碱的侵蚀。

金刚石的化学成分是纯碳，石墨的化学成分也是纯碳，金刚石坚硬无比，而石墨质地非常软。这是因为石墨中的碳原子是成层排列的，原子间的结合力很小，金刚石中的碳原子则是交错整齐地排列成立方体结构，每个碳原子都紧密地与其它4个碳原子直接连接，构成一个牢固的结晶体。要使碳原子形成这样的结构，需要2千摄氏度高温和5万个大气压。人们现在已经能够利用高温高压制造出人造金刚石。

金刚石一般是无色的。经过琢磨的金刚石可以产生耀眼的光芒。一般认为1克拉以上的为大金刚石，100克拉以上的为特大金刚石。特大块的金刚石极为罕见，目前世界上仅三十余块，其中最大的“库利南”重3106克拉，是1905年在南非发现的（库利南钻石是世界上最大的金刚石，发现于1905年，产地为南非德兰士瓦的普雷米尔矿山。发现此矿山的人姓库利南，金刚石即此得名。库利南钻石无色，重3106克拉，约合621克。此钻石被当地政府购买后作为礼物赠给当时的英王爱德华七世。后由著名的阿姆斯特丹公司切割成9块大钻石和96粒小钻石，这些钻石全部无瑕，其中最大的一颗取名非洲之星（也叫库利南一号），重5302克拉，被加工成梨形镶在英国国王的令牌上，第二大的叫库得南二号，重317克拉，镶在英王王冠上）。

评价钻石的标准称为四C标准，即重量、颜色、洁净和琢磨（这四个词的英文第一个字母都是C）。其它条件相同，越重则越珍贵；钻石因各种原因，常有颜色方面的不同，各国的分级标准也不统一。最常见的为白色、淡**，有些蓝色、粉红色、绿色、紫色等，被视为特殊色，由于稀有，成为钻石中的珍品；多数钻石中都有程度不同的瑕疵，如外面的擦痕、蹦碴、刻痕等，内部的裂痕、白花、黑点等。瑕疵自然是越少越好，瑕疵越靠近中间越不好；对金刚石的加工很有讲究，标准的钻石冠部角度应是34°30，亭部角度应是40°45，这样才能充分利用钻石的折光率，显示出耀眼的光辉。

金刚石原生于金伯利岩中，除金刚石外，金伯利岩中还可含镁铝榴石和贵橄榄石。金伯利岩属于岩浆型矿床，金刚石晶体不均匀地散布在金伯利岩的基质中，以小晶体为主，平均重量为百分之几克拉到十分之几克拉。实际选矿回收的是大小在05至1毫米以上的金刚石颗粒。最大的含金刚石的金伯利岩矿床位于赤道非洲和南部非洲。金伯利岩，又称蓝地。是一种深色的、重的、常常经过蚀变和角砾化的（破碎的）侵入岩，是已知的唯一在母岩中找到原生金刚石的岩石。

关于金刚石的成因有多种说法，最值得注意的是深部岩浆成因的概念。这种概念认为金刚石是早期岩浆矿物，因金伯利岩浆中压力不断增高而结晶出来的。

克拉，或译卡、卡拉（Carat），是钻石的质量单位。一克拉相等于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，每克拉的价值亦越高。下表为2005年时的价格比较。

其他分级标准

净度（Clarity）

净度以钻石内的内含物多少决定。内含物可能是天然的杂质或裂痕。内含物的数量、位置、大小等都会影响评级。钻石矿开采出来的金刚石中，只有20%可以成为宝石，其余的因为内含物较多通常只能作工业用途。

而20%~40%的宝石级钻石中，大部分都包含肉眼可见的内含物。在此级别以上的钻石较为大众喜爱。至于属完美级别的钻石更为罕有，被称为“博物馆级”钻石。通常使用10倍放大镜观察钻石内部及表面内含物的大小、数量、分布及对钻石光彩影响的程度，分出等级。

色泽（Color）

钻石的色泽会因为化学上的杂质而有所偏差。完全纯正的钻石应该是透明无色的。钻石偏向不同的颜色会影响它的价值。绝大部分的钻石都是因为带有氮原子而偏黄。白钻越偏黄，价值便越低。但是偏粉红或蓝的钻石价格却较高。颜色强烈偏向粉红或蓝的钻石可能是价值连城。

一般的方法是把钻石按偏黄的程度分为不同的等级，把样品与已知色级的比色石对比确定，以D级最高，Z最低。

在考虑钻石色泽时，同时也应将萤光反应考虑在内，萤光反应是指钻石曝露于紫外线光线下时，所发生的反应颜色光。

但是萤光反应甚少对钻石的价值发生影响，除非是具有非常强烈萤光的钻石会影响其透明度及光彩，而产生油濛状的外表，如此将减损钻石的美丽及价值，但是若其萤光不至使钻石产生油濛状外观，则不应将其视为一种缺点。

萤光反应其强弱分为1 NONE 2 FAINT 3 MEDIUM 4 STRONG 5 VERY STRONG五级。

扩展资料：

一、工业用途

由于金刚石的硬度极高且导热性极高，用于沙纸、钻探、研磨工具之上，可以用来切削和刻画其他物质，以及大型集成电路等散热板上。

然而，自从1955年GE通过高温高压获得人造金刚石的技术后，科学家会利用高温高压制成金刚石微粒，而现在的细小颗粒的合成钻石已经较同级天然钻石便宜，所以天然钻石的工业价值已经完全消失；目前天然钻石的主要用途已经仅限于首饰与观赏。

二、观赏用途

金刚石由于折射率高，在灯光下显得闪闪生辉，称作钻石。巨型的美钻往往价值连城。当钻石带有蓝、绿或粉红色属十分罕有，而颜色深而鲜艳则价钱更高；目前最昂贵的有色钻石，要属带有浓艳红色的钻石。

钻石分为一型和二型两种，这主要是根据它是否含有N元素：一型含；二型不含。而蓝色的钻石是二B型的，是半导体。

三、出产

每年大约13亿克拉（26000千克）的钻石被开采，总值接近美元90亿美元。每年有100000千克的钻石被合成。

大约49%的钻石来自非洲中部和南部，虽然在加拿大，印度，俄罗斯，巴西和澳大利亚已发现重要来源钻石矿。它们是从由金伯利岩和钾镁煌斑岩（lamproite）组成的火山管道中开采出来的。地球深处的高温及高压使钻石形成，而这些管道能将钻石从地下带到地表。

目前钻石供应链只被部分大公司所控制，并且高度集中于世界少数地区。 2012年9月，俄罗斯宣称在其境内的波皮盖陨石坑发现超过全球储量总和的钻石矿。

参考资料：