钻石中的碳原子结构是怎样的

钻石的成分是碳。其碳12原子的结构特征是每个碳原子都有四个共价键，C原子间等间距排列，C-C键长为0154nm，原子间结构牢固，组成具有四个角相等的正四面体，形成一个钻石晶胞。同时，四个角又是其它四面体晶胞的一部分。由四面体组成的钻石，常见有立方体、八面体、菱形十二面体晶体。

钻石的碳原子排列结构是（）

A片层结构

B等轴立方晶体结构

C八面体结构

D棱柱结构

答案：C。

钻石的基本结构

等轴晶系

每个C原子周围4个C原子组成共价键，C原子间等间距排列C-C键长为0154nm，原子间结合牢固。

基本单元结构

立方面心格子，C原子占据立方体的角顶，面中心以及相间排列的小立方体中心。

因为原子排列顺序不同 组成金刚石的碳原子呈晶格状,好像空心的蜂窝一样这种结构使原子间相互的作用力很大,十分坚固金刚石是硬度最大的一种物质,可以用来切割很坚硬的物体,划玻璃的刀头上就镶有金刚石而组成石墨的碳原子为层状成片状层与层之间很容易相对滑动,这种结构使石墨比较柔软

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）

原创作品，转载请注明出自知识就是力量微信公众号“知识就是力量”（ID:knowledge-power）