基本介紹
- 中文名：金剛石
- 英文名：diamond
- 別稱：金剛鑽
- 化學式：C
- 分子量：12.0107（8）
- CAS登錄號：7782-40-3
- EINECS登錄號：231-953-2
- 密度：3.52g/立方厘米
- 絕對硬度：10000-2500
物性數據,計算化學數據,物理性質,硬度,顏色,化學性質,結構性質,光學性質,穩定性,金剛石和石墨,人造金剛石,主要產地,用途,工業用途,慢性毒藥,觀賞寶石,
物性數據
1. 性狀：粉末
2. 密度（g/mLat 25°C）：3.5
3. 熔點（ºC）：3550°C-4000°C
4.絕對硬度：10000-2500
計算化學數據
1、 疏水參數計算參考值（XlogP）：-1.1
2、 氫鍵供體數量：0
3、 氫鍵受體數量：2
4、 可旋轉化學鍵數量：0
5、 互變異構體數量：
6、 拓撲分子極性表面積（TPSA）：34.1
7、 重原子數量：2
8、 表面電荷：0
9、 複雜度：0
10、 同位素原子數量：0
11、 確定原子立構中心數量：0
12、 不確定原子立構中心數量：0
13、 確定化學鍵立構中心數量：0
14、 不確定化學鍵立構中心數量：0
15、 共價鍵單元數量：1
物理性質
硬度
摩氏硬度10，新摩氏硬度15，顯微硬度10000kg/mm2，顯微硬度比石英高1000倍，比剛玉高150倍。金剛石硬度具有方向性，八面體晶面硬度大於菱形十二面體晶面硬度，菱形十二面體晶面硬度大於六面體晶面硬度。
依照摩氏硬度標準(Mohs hardness scale)共分10級，鑽石(金剛石)為最高級第10級；如小刀其硬度約為5.5、銅幣約為3.5至4、指甲約為2至3、玻璃硬度為6。
由於硬度最高,金剛石的切削和加工必須使用鑽石粉或雷射(比如532nm或者1064nm波長雷射)來進行。金剛石的密度為3.52g/立方厘米，折射率為2.417(在500納米光波下)，色散率為0.044。
顏色
金剛石有各種顏色，從無色到黑色都有，以無色的為特佳。它們可以是透明的，也可以是半透明或不透明。許多金剛石帶些黃色，這主要是由於金剛石中含有雜質。 金剛石的折射率非常高，色散性能也很強，這就是金剛石為什麼會反射出五彩繽紛閃光的原因。金剛石在X射線照射下會發出藍綠色螢光。金剛石原生礦僅產出於金伯利岩筒或少數鉀鎂煌斑岩中。金伯利岩等是它們的母岩，其他地方的金剛石都是被河流、冰川等搬運過去的。金剛石一般為粒狀。如果將金剛石加熱到1000℃時，它會緩慢地變成石墨。
中國也擁有製造金剛石的技術，但最大也不過0.2克拉左右。
引用亞洲寶石協會（GIG）報告：金剛石的化學成分為C，與石墨同是碳的同質多象變體。在礦物化學組成中，總含有Si、Mg、Al、Ca、Mn、Ni等元素，並常含有Na、B、Cu、Fe、Co、Cr、Ti、N等雜質元素，以及碳水化合物。
金剛石礦物晶體構造屬等軸晶系同極鍵四面體型構造。碳原子位於四面體的角頂及中心，具有高度的對稱性。單位晶胞中碳原子間以同極鍵相連結，距離為154pm。常見晶形有八面體、菱形十二面體、立方體、四面體和六八面體等。
金剛石的絕對硬度是剛玉的4倍，石英的8倍。詳細絕對硬度如下：
金剛石10000-2500
剛玉2500-2100
石英1550-1200。
礦物性脆，貝殼狀或參差狀斷口，在不大的衝擊力下會沿晶體解理面裂開，具有平行八面體的中等或完全解理，平行十二面體的不完全解理。礦物質純，密度一般為3470-3560kg/m3。金剛石的顏色取決於純淨程度、所含雜質元素的種類和含量，極純淨者無色，一般多呈不同程度的黃、褐、灰、綠、藍、乳白和紫色等；純淨者透明，含雜質的半透明或不透明；在陰極射線、X射線和紫外線下，會發出不同的綠色、天藍、紫色、黃綠色等色的螢光；在日光曝曬後至暗室內發淡青藍色磷光；金剛光澤，少數油脂或金屬光澤，高折射率，一般為2.40-2.48。
化學性質
金剛石是在地球深部高壓、高溫條件下形成的一種由碳元素組成的單質晶體，是指經過琢磨的金剛石。金剛石是無色正八面體晶體，其成分為純碳，由碳原子以四價鍵連結，為目前已知自然存在最硬物質。由於金剛石中的C-C鍵很強，所有的價電子都參與了共價鍵的形成，沒有自由電子，所以金剛石硬度非常大，熔點在華氏6900度，金剛石在純氧中燃點為720~800℃，在空氣中為850~1000℃，而且不導電。
結構性質
金剛石結構分為；等軸晶系四面六面體立方體與六方晶系鑽石。
在鑽石晶體中，碳原子按四面體成鍵方式互相連線，組成無限的三維骨架，是典型的原子晶體。每個碳原子都以SP3雜化軌道與另外4個碳原子形成共價鍵，構成正四面體。由於鑽石中的C-C鍵很強，所以所有的價電子都參與了共價鍵的形成，沒有自由電子，所以鑽石不僅硬度大，熔點極高，而且不導電。在工業上，鑽石主要用於製造鑽探用的探頭和磨削工具，形狀完整的還用於製造手飾等高檔裝飾品，其價格十分昂貴。
鑽石的摩氏硬度為10；由於在自然界物質中硬度最高，鑽石的切削和加工必須使用鑽石粉來進行。鑽石的密度為3.52g/立方厘米，折射率為2.417，色散率為0.044。
光學性質
(1) 亮度（Brilliance）金剛石因為具有極高的反射率，其反射臨界角較小，全反射的範圍寬，光容易發生全反射，反射光量大，從而產生很高的亮度。
(2) 閃爍（Scintillation）金剛石的閃爍就是閃光，即當金剛石或者光源、 觀察者相對移動時其表面對於白光的反射和閃光。無色透明、結晶良好的八面體或者曲面體聚形鑽石，即使不加切磨也可展露良好的閃爍光。
(3) 色散或出火（Dispersion or fire）金剛石多樣的晶面象三稜鏡一樣，能把通過折射、反射和全反射進入晶體內部的白光分解成白光的組成顏色——紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫等色光。
(4) 光澤（Luster）剛石出類拔萃般堅硬的、平整光亮的晶面或解理面對於白光的反射作用特彆強烈，而這種非常特徵的反光作用就叫作金剛光澤。
穩定性
金剛石化學性質穩定，具有耐酸性和耐鹼性，高溫下不與濃HF、HCl、HNO3作用，只在Na2CO3、NaNO3、KNO3的熔融體中，或與K2Cr2O7和H2SO4的混合物一起煮沸時，表面會稍有氧化；在O、CO、CO2、H、Cl、H2O、CH4的高溫氣體中腐蝕。
金剛石還具有非磁性、不良導電性、親油疏水性和摩擦生電性等。唯Ⅱb型金剛石具良好的半導體性能。根據金剛石的氮雜質含量和熱、電、光學性質的差異，可將金剛石分為Ⅰ型和Ⅱ型兩類，並進一步細分為Ⅰa、Ⅰb、Ⅱa、Ⅱb四個亞類。Ⅰ型金剛石，特別是Ⅰa亞型，為常見的普通金剛石，約占天然金剛石總量的98%。Ⅰ型金剛石均含有一定數量的氮，具有較好的導熱性、不良導電性和較好的晶形。Ⅱ型金剛石極為罕見，含極少或幾乎不含氮，具有良好的導熱性和曲面晶體的特點。Ⅱb亞型金剛石具半導電性。由於Ⅱ型金剛石的性能優異，因此多用於空間技術和尖端工業。
世界上最大的工業用金剛石和寶石級金剛石都超過3100克拉（1克拉=200毫克）。其中寶石級金剛石的尺寸為10×6.5×5厘米，名叫“庫利南”，1905年發現於南非的普雷米爾岩管。中國常林鑽石，重158.786克拉，於1977年被山東臨沭縣常林大隊女社員魏振芳發現，後列為世界名鑽。世界金剛石主要產地有南非、澳大利亞、薩伊、波札那、俄羅斯。
金剛石和石墨
石墨和金剛石都屬於碳單質，他們的化學性質完全相同，但金剛石和石墨不是同種物質，它們是由相同元素構成的同素異型體。 所不同的是物理結構特徵。
二者的化學式都是C。
石墨原子間構成正六邊形是平面結構，呈片狀。
金剛石原子間是立體的正四面體結構。
金剛石和石墨的熔點比較：
金剛石的熔點是3550℃，石墨的熔點是3652℃～3697℃(升華)。石墨熔點高於金剛石。
從片層內部來看，石墨是原子晶體；從片層之間來看，石墨是分子晶體(總體說來，石墨應該是混合型晶體)；而金剛石是原子晶體。石墨晶體的熔點反而高於金剛石，似乎不可思議，但石墨晶體片層內共價鍵的鍵長是1.42×10－10m，金剛石晶體內共價鍵的鍵長是1.55×10－10m。同為共價鍵，鍵長越小，鍵能越大，鍵越牢固，破壞它也就越難，也就需要提供更多的能量，故而熔點應該更高。 (主要就是石墨的原子晶體屬性導致它的熔點變高)
人造金剛石
人工合成金剛石的方法主要有兩種，高溫高壓法及化學氣相沉積法。
高溫高壓法技術已非常成熟，並形成產業。國內產量極高，為世界之最。
化學氣相沉積法仍主要存在於實驗室中。
主要產地
伯納特兄弟於1870年發現了金伯利金剛石礦。正是這一發現，使人們知道了在哪種岩石中有可能含有金剛石。
原來，那是一種在遠古時代的岩漿冷卻以後所形成的火山岩。接著，研究者又發現，在這種火山岩中除了金剛石，還含有被稱為石榴石和橄欖石的兩種礦物。因此，在那些出產石榴石和橄欖石的地點，找到金剛石礦的可能性就相對大。於是，石榴石和橄欖石就成為尋找金剛石的“指示礦物”。
根據指示礦物來尋找金剛石礦的方法並不是在哪一天突然發現的。上世紀70年代，美國史密森研究所的地球化學家約翰·賈尼在仔細研究了石榴石和金剛石之間的關係後發表了他的研究結果。但是，在那之前，即上世紀50年代，德比爾斯公司的地質人員早就根據指示礦物在世界各地尋找金剛石礦了。
世界各地都發現了金剛石礦。其中，澳大利亞、剛果、俄羅斯、波札那和南非是著名的五大金剛石產地。
美國麻薩諸塞大學的地球物理學家史蒂文·哈格蒂博士在1999年研究了世界各地含有金剛石的熔岩的年代，結果發現，這些含有金剛石的熔岩至少是在過去7個不同的時期在各地噴出的岩漿所形成的，其中最古老的熔岩則是在大約10億年前形成的。在這7個岩漿噴發時期中，以在非洲各地和巴西等地區於1.2億年前至8000萬年前噴出的岩漿中所含有的金剛石為最多。那時正值恐龍時代極盛期的中生代白堊紀。含有金剛石的熔岩，最晚的，是在2200萬年以前噴出的岩漿形成的。至於在那以後形成的熔岩中是否含有金剛石，則還無法肯定。
1971年以來的二十年中，在中國陸續發現了幾顆50克拉以上和100克拉以上的金剛石，按發現時間的先後排列如下：
1．1971年9月25日，在江蘇省宿遷公路旁發現一顆重52．71克拉的金剛石。
2．1977年12月21日，在山東省臨沭縣常林大隊，女社員魏振芳發現1顆重158.786克拉的優質巨鑽，全透明，色淡黃，可稱金剛石的“中國之最”。被命名為“常林鑽石”
3．1981年8月15日，在山東郯城陳埠發現一顆124．27克拉的巨粒金剛石。被命名為“陳埠一號”。
4．1982年9月，在山東郯城陳埠發現一顆96．94克拉的金剛石。
5．1983年5月，在山東郯城陳埠發現一顆92．86克拉的金剛石。
6．1983年11月14日，在山東蒙陰發現一顆119．01克拉的巨粒金剛石，被命名為“蒙山一號”。蒙陰金剛石礦是全國最大的原生礦。
據1987年資料，中國主要金剛石成礦區有：①遼東—吉南成礦區，有中生代和中古生代兩期金伯利岩。②魯西、蘇北、皖北成礦區，下古生代可能有多期金伯利岩。③晉、豫、冀成礦區，已在太行山、嵩山、五台山等地發現金伯利岩。④湘、黔、鄂、川成礦區，已在湖南沅水流域發現了4個具工業價值的金剛石砂礦。
湖南金剛石，產於湖南省常德丁家港、桃源、黔陽等地。湖南金剛石以砂礦為主，主要分布在沅水流域，分布零散，品位低，但質量好，寶石級金剛石約占40%。相傳在明朝年間，湖南沅江流域就有零星的金剛石發現，大規模的尋礦則始於二十世紀五十年代。沅江整個水域均有金剛石分布，但有開採價值的僅常德丁家港、桃源縣車溪沖、漵浦縣（黔陽）新莊壠、沅陵縣窯頭等4處。
湖南金剛石的顏色深淺不一，內外顏色差異明顯，呈帶狀、斑狀分布。其褐色系列金剛石，晶體呈黃褐色，內部潔淨，表面有大量的褐色斑點，其褐斑的顏色有黃色、黃褐色、褐色、黑色等，主要分布在金剛石的溶蝕面上，褐色主要由自然界放射性粒子的輻照造成。金剛石總體顆粒小，但質地較好，以單晶為主，約占總產量的98%；晶體比較完整，以八面體、十二面體、六八面體為多；絕大多數晶體淺色透明或呈黃、褐色等；粒重多小於28mg，一般為10.9～15mg；22%晶體中含包裹體；60%的晶體表面有裂紋，表面溶蝕不重。
2018年12月，加拿大出土了一顆重量高達552克拉的黃色鑽石，這使它成為了在北美洲發現的最大的一顆鑽石。美國媒體15日報導，該顆鑽石長33.74毫米，寬54.56毫米，由統領鑽石公司(Dominion Diamond Mines)於10月份在加拿大西北地區的戴維科鑽石礦區(Diavik Diamond Mine)發現。
用途
工業用途
地質鑽頭和石油鑽頭金剛石、拉絲模用金剛石、磨料用金剛石、修整器用金剛石、玻璃刀用金剛石、硬度計壓頭用金剛石、工藝品用金剛石。
若塗在音響紙盆上，音箱音質會大為改善。
慢性毒藥
觀賞寶石
鑽石由於折射率高，在燈光下顯得閃閃生輝，成為女士最愛的寶石。巨型的美鑽可以價值連城。而摻有深顏色的鑽石的價錢更高。目前最昂貴的有色鑽石，要數帶有微藍的水藍鑽石。
鑽石分為一型和二型兩種，這主要是根據它是否含有N元素：一型含；二型不含。而藍色的鑽石是二B型的，是半導體。
