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）

1、价值

在外表上人造钻石和天然钻石的区别不大，但同样品质等级的人造钻石要比天然钻石便宜许多，有的甚至只有天然钻石的五分之一价格。天然钻石的价值相对稳定且具有可持续性。

2、色泽

自然钻石和人造钻石都是由碳原子构成的，并且是依照相同的晶体点阵排列，所以它们具有相同的物理性质。仅有的特征是显微构造和原子尺度的晶体点阵中的不规则性，也就是晶体缺陷。在这方面，由于不同的生长环境，如化学气氛、生长速度，自然钻石和人造钻石是不分歧的，当今市场上大部分人造钻石呈很强的**、橙色、以至棕色，因而很容易被辨别。

3、意义

天然钻石象征着珍贵稀有，人们常用天然钻石戒指来表达自己的爱意，以钻石的稳定性质象征永恒不变的爱情，而人造钻石虽然外面和天然钻石无二，但却没有天然钻石那样的美好寓意，通常只当做平常佩戴的首饰。

扩展资料：

衡量一颗钻石稀有性品质的标准主要有四个维度，即重量（CARAT）、净度（CLARITY）、色泽（COLOUR）和切工（CUT），也就是通常所说的“4C标准”。这个标准由GIA(美国宝石学院）创立，是目前在世界上包括中国最为主流的钻石评价标准。

衡量钻石美丽属性的标准叫做美丽度。钻石的美丽度，取决于光效应(Light Performance)。钻石的光效应从三个指标来识别，Brilliance亮度(白色光)，Fire火彩(彩色光)和Sparkle闪光(闪烁度)。钻石的亮度、火彩和闪光的评级越高，这颗钻石的美丽度就越高，就越璀璨。

参考资料：

天然钻石在阳光下会闪烁，当光源良好时会通过折射等发出五颜六色的荧光。

当金刚石或者光源、 观察者相对移动时其表面对于白光的反射和闪光形成荧光。无色透明、结晶良好的八面体或者曲面体聚形钻石，即使不加切磨也可展露良好的闪烁光。

钻石切割后多样的晶面象三棱镜一样，能把通过折射、反射和全反射进入晶体内部的白光分解成白光的组成颜色——红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等色光。

质量高的、坚硬的、平整光亮的钻石晶面对于白光的反射作用特别强烈，而这种非常特征的反光作用就叫作金刚光泽。

扩展资料

钻石光彩：

钻石的光彩也叫“火彩”，它能反射出五光十色、光怪陆离的彩光，尤其以柔和冷艳的蓝光为主，这种现象是钻石色散作用的结果。所谓色散就是折射率的大小随着光颜色的不同而变化。在所有的天然宝石中钻石的色散度是最强的。

因此，钻石会出现火焰般冷艳、璀璨夺目的美丽光彩。如果转动钻石，就会发现钻石上的奇彩光芒能迅速改变、闪烁不定、异常的迷人，这种现象又叫钻石的“闪烁”度。

火彩的产生必须满足两个条件：首先宝石材料必须有足够高的“色散”值，其次该材料在加工中必需遵循一定的角度和比例，这一点因材料不同而有所差异。

——金刚石

价值，人造钻石的价格比天然钻石的价格便宜很多。天然钻石的价值很稳定，且本身就很稀有，而人工钻石的价值与其质量有关，价格不稳定。

可以这样区分，人造钻石珠宝精致浪漫，颜色更多变，其耀眼的光芒可以与天然钻石相媲美，那么人造钻石与天然钻石有什么区别呢价值:虽然人造钻石和天然钻石在外观上差别不大，但可以发现，同等质量等级的人造钻石在购买时要比天然钻石便宜得多，有的甚至只有天然钻石的五分之一。主要因为天然钻石的珍贵是天然二字，钻石作为稀有宝石之一，受到世界各地女性和珠宝收藏家的青睐，那些拥有无与伦比克拉重量的钻石，更被称为稀世珍宝，这是大自然赐予人类最美的矿石。

外观质量:人造钻石和天然钻石从外观上没有太大的区别，但从质量上看人造钻石的质量会更好，主要是因为人造钻石可以在质量上稍加控制，一般产出的钻石质量比较好。天然钻石是在没有外力的情况下自然形成的，所以质量水平会很难把握，导致高质量的钻石稀少。

意义:从某种意义上说，天然钻石和人造钻石是非常不同的。天然钻石象征着珍贵和稀有。人们经常用天然钻石戒指来表达他们的爱。钻石的稳定性象征着永恒的爱情，更加浪漫。虽然人造钻石和天然钻石外面没有两样，但是没有天然钻石那样美丽的意思，通常只作为一种正常佩戴的珠宝，如果求婚、结婚，是不建议使用人造钻石的。戴比尔斯最近推出了一个名为Lightbox的人造钻石新品牌，它将被制成漂亮的珠宝并出售。从发布的广告来看，人造钻石珠宝精致浪漫，颜色更多变，其耀眼的亮度可以与天然钻石相媲美。

天然钻石和人造钻石本质上是不同的，不同的是一种经过高温高压形成数亿年的天然产物，经过几个月的实验室开发得出结论，虽然硬度等性能都非常接近，但从真正的意义和价值来看，人造钻石和天然钻石是有很大区别的。