簡單了解金剛石以及金剛石化學式

金剛石(shi)是一種由碳(tan)元素組成的(de)礦物(wu)，是碳(tan)元素的(de)同素異形體。同時金剛石(shi)還是我們所說的(de)鉆石(shi)的(de)原身，金剛石(shi)十分(fen)的(de)堅硬，是自然(ran)界自然(ran)存在的(de)最堅硬的(de)物(wu)質。

一、穩定性

金剛石化(hua)學(xue)性質穩定，具有耐酸(suan)性和耐堿性，高溫下不與濃HF、HCl、HNO3作(zuo)用，只在Na2CO3、NaNO3、KNO3的熔融體中(zhong)，或與K2Cr2O7和H2SO4的混(hun)合物一起煮沸時，表面(mian)會稍有氧化(hua)；在O2、CO、CO2、H、Cl、H2O、CH4的高溫氣體中(zhong)腐蝕。

金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)還具(ju)有非磁性(xing)(xing)(xing)(xing)、不(bu)良(liang)導(dao)電性(xing)(xing)(xing)(xing)、親油疏水(shui)性(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)摩擦(ca)生(sheng)電性(xing)(xing)(xing)(xing)等。唯Ⅱb型(xing)(xing)(xing)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)具(ju)良(liang)好的(de)(de)半導(dao)體性(xing)(xing)(xing)(xing)能。根據金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)氮(dan)(dan)雜質含(han)量(liang)和(he)熱(re)、電、光(guang)學性(xing)(xing)(xing)(xing)質的(de)(de)差異，可將(jiang)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)分為(wei)Ⅰ型(xing)(xing)(xing)和(he)Ⅱ型(xing)(xing)(xing)兩(liang)類，并進一步細分為(wei)Ⅰa、Ⅰb、Ⅱa、Ⅱb四個亞類。Ⅰ型(xing)(xing)(xing)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)，特別是(shi)Ⅰa亞型(xing)(xing)(xing)，為(wei)常見(jian)的(de)(de)普通金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)，約占天然(ran)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)總量(liang)的(de)(de)98%。Ⅰ型(xing)(xing)(xing)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)均含(han)有一定數量(liang)的(de)(de)氮(dan)(dan)，具(ju)有較(jiao)好的(de)(de)導(dao)熱(re)性(xing)(xing)(xing)(xing)、不(bu)良(liang)導(dao)電性(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)較(jiao)好的(de)(de)晶(jing)形(xing)。Ⅱ型(xing)(xing)(xing)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)極(ji)為(wei)罕(han)見(jian)，含(han)極(ji)少或幾乎(hu)不(bu)含(han)氮(dan)(dan)，具(ju)有良(liang)好的(de)(de)導(dao)熱(re)性(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)曲面晶(jing)體的(de)(de)特點。Ⅱb亞型(xing)(xing)(xing)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)具(ju)半導(dao)電性(xing)(xing)(xing)(xing)。由(you)于(yu)Ⅱ型(xing)(xing)(xing)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)性(xing)(xing)(xing)(xing)能優(you)異，因(yin)此多用于(yu)空間技術和(he)尖端工業(ye)。

世(shi)(shi)界(jie)上最大的工業(ye)用金(jin)剛石(shi)(shi)和寶石(shi)(shi)級(ji)金(jin)剛石(shi)(shi)都超過3100克拉(la)(la)（1克拉(la)(la)=200毫克）。其中寶石(shi)(shi)級(ji)金(jin)剛石(shi)(shi)的尺寸(cun)為(wei)10×6.5×5厘米，名叫“庫利南”，1905年發現于(yu)南非(fei)的普雷米爾巖(yan)管(guan)。中國(guo)常林鉆石(shi)(shi)，重158.786克拉(la)(la)，于(yu)1977年被(bei)山東臨沭縣常林大隊女(nv)社員魏(wei)振(zhen)芳(fang)發現，后列為(wei)世(shi)(shi)界(jie)名鉆。世(shi)(shi)界(jie)金(jin)剛石(shi)(shi)主(zhu)要(yao)產地有(you)南非(fei)、澳大利亞、扎伊爾、博茨瓦納、俄羅(luo)斯(si)。

二、硬度

摩氏硬(ying)度(du)(du)10，新摩氏硬(ying)度(du)(du)15，顯微(wei)硬(ying)度(du)(du)10000kg/mm2，顯微(wei)硬(ying)度(du)(du)比(bi)石英高1000倍(bei)，比(bi)剛玉高150倍(bei)。金剛石硬(ying)度(du)(du)具有方(fang)向性，八(ba)面(mian)體晶(jing)面(mian)硬(ying)度(du)(du)大(da)于菱形十(shi)二面(mian)體晶(jing)面(mian)硬(ying)度(du)(du)，菱形十(shi)二面(mian)體晶(jing)面(mian)硬(ying)度(du)(du)大(da)于六面(mian)體晶(jing)面(mian)硬(ying)度(du)(du)。

依照摩氏硬(ying)度標準(Mohs hardness scale)共分10級，鉆(zhan)石(金剛石)為(wei)最(zui)高級第10級；如小刀其硬(ying)度約(yue)(yue)為(wei)5.5、銅幣約(yue)(yue)為(wei)3.5至4、指甲(jia)約(yue)(yue)為(wei)2至3、玻璃硬(ying)度為(wei)6。

等(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)級1滑(hua)石(shi)(shi)(shi)；等(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)級2石(shi)(shi)(shi)膏；等(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)級3方(fang)解(jie)石(shi)(shi)(shi)；等(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)級4螢石(shi)(shi)(shi)；等(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)級5磷(lin)灰石(shi)(shi)(shi)；等(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)級6正長石(shi)(shi)(shi)；等(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)級7石(shi)(shi)(shi)英；等(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)級8黃玉；等(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)級9剛玉；等(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)(deng)級10鉆石(shi)(shi)(shi)

把任何兩種(zhong)不同的礦物互相刻劃，兩者中必定會有一種(zhong)受到損傷。有一種(zhong)礦物，能(neng)夠(gou)劃傷其他一切礦物，卻沒(mei)有一種(zhong)礦物能(neng)夠(gou)劃傷它，這就是金剛石。

金剛(gang)石為什么(me)會有如此大的硬度(du)呢？

直(zhi)到18世紀后(hou)半葉，科(ke)學家才搞清楚了構成金(jin)剛石的“材(cai)料”。如前所述，早(zao)在公(gong)元1世紀的文獻中就(jiu)有了關于金(jin)剛石的記(ji)載(zai)，然(ran)而(er)，在其后(hou)的1600多年(nian)中，人(ren)們始(shi)終不知道(dao)金(jin)剛石的成分是(shi)什么。

直到18世紀(ji)的(de)70至90年(nian)代，才有法國化(hua)學家(jia)拉瓦錫(1743～1794)等人進(jin)行的(de)在(zai)氧(yang)氣中燃燒金(jin)剛石的(de)實(shi)驗，結(jie)果發現得到的(de)是二氧(yang)化(hua)碳(tan)(tan)氣體，即一種由氧(yang)和(he)碳(tan)(tan)結(jie)合在(zai)一起的(de)物(wu)質。這(zhe)里的(de)碳(tan)(tan)就來源于金(jin)剛石。終于，這(zhe)些實(shi)驗證明了(le)組成(cheng)金(jin)剛石的(de)材料是碳(tan)(tan)。

知道了金剛石(shi)的(de)(de)(de)成分是碳(tan)，仍然不(bu)能解釋(shi)金剛石(shi)為什(shen)么(me)有那樣(yang)大的(de)(de)(de)硬(ying)度。例如，制造鉛筆(bi)芯的(de)(de)(de)材料是石(shi)墨(mo)，成分也是碳(tan)，然而石(shi)墨(mo)卻(que)是一種(zhong)比人的(de)(de)(de)指甲還(huan)要軟的(de)(de)(de)礦(kuang)(kuang)物(wu)。金剛石(shi)和石(shi)墨(mo)這兩種(zhong)礦(kuang)(kuang)物(wu)為什(shen)么(me)會如此不(bu)同？

這個問題(ti)，是(shi)在1913年才由英國的(de)(de)物(wu)理學家(jia)威(wei)廉·布拉(la)格和他(ta)的(de)(de)兒(er)子做(zuo)出回答(da)。布拉(la)格父子用X射線觀察(cha)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)，研究(jiu)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)晶(jing)體內(nei)原(yuan)子的(de)(de)排(pai)列(lie)方式。他(ta)們發現，在金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)晶(jing)體內(nei)部，每(mei)一(yi)個碳原(yuan)子都與周圍(wei)的(de)(de)4個碳原(yuan)子緊密(mi)結(jie)(jie)合，形成(cheng)一(yi)種致(zhi)密(mi)的(de)(de)三(san)維結(jie)(jie)構。這是(shi)一(yi)種在其他(ta)礦物(wu)中都未(wei)曾見(jian)到過的(de)(de)特殊結(jie)(jie)構。而且(qie)，這種致(zhi)密(mi)的(de)(de)結(jie)(jie)構，使得金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)的(de)(de)密(mi)度(du)為每(mei)立(li)方厘米約3.5克，大約是(shi)石(shi)墨(mo)密(mi)度(du)的(de)(de)1.5倍(bei)。正是(shi)這種致(zhi)密(mi)的(de)(de)結(jie)(jie)構，使得金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)具有最大的(de)(de)硬度(du)。換句(ju)話(hua)說(shuo)，金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)是(shi)碳原(yuan)子被擠壓而形成(cheng)的(de)(de)一(yi)種礦物(wu)。

三、顏色

金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)有各種顏色(se)，從無(wu)(wu)色(se)到黑色(se)都(dou)有，以無(wu)(wu)色(se)的(de)(de)為(wei)特佳(jia)。它(ta)們(men)可以是(shi)透明的(de)(de)，也可以是(shi)半透明或不透明。許多金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)帶些(xie)黃色(se)，這(zhe)主要是(shi)由于金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)中(zhong)含(han)有雜質。金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)的(de)(de)折射率非常高，色(se)散(san)性能也很強，這(zhe)就是(shi)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)為(wei)什么(me)會(hui)(hui)(hui)反射出五彩繽紛閃光(guang)的(de)(de)原因。金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)在X射線(xian)照(zhao)射下會(hui)(hui)(hui)發出藍(lan)綠色(se)熒光(guang)。金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)原生礦(kuang)僅(jin)產出于金(jin)伯利巖(yan)筒或少數鉀鎂煌斑巖(yan)中(zhong)。金(jin)伯利巖(yan)等是(shi)它(ta)們(men)的(de)(de)母巖(yan)，其他地方的(de)(de)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)都(dou)是(shi)被河流、冰(bing)川等搬運過去的(de)(de)。金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)一般為(wei)粒狀。如果將金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)加熱到1000℃時(shi)，它(ta)會(hui)(hui)(hui)緩慢地變成(cheng)石(shi)(shi)墨。

中國也擁(yong)有制造金(jin)剛石的(de)技術，但最大也不(bu)過0.2克拉。

引(yin)用亞洲寶石協(xie)會(hui)（GIG）報告：金剛石的化學成分(fen)為C，與石墨同(tong)是碳(tan)的同(tong)質(zhi)多(duo)象變(bian)體(ti)。在(zai)礦物化學組成中，總含(han)有Si、Mg、Al、Ca、Mn、Ni等元素(su)，并常含(han)有Na、B、Cu、Fe、Co、Cr、Ti、N等雜質(zhi)元素(su)，以及碳(tan)水化合物。

金(jin)剛(gang)石礦物晶(jing)體(ti)構(gou)造屬等軸晶(jing)系同極鍵四面體(ti)型構(gou)造。碳(tan)原(yuan)子位(wei)(wei)于(yu)四面體(ti)的角(jiao)頂(ding)及中(zhong)心，具有(you)高度的對(dui)稱(cheng)性。單位(wei)(wei)晶(jing)胞中(zhong)碳(tan)原(yuan)子間以(yi)同極鍵相連結，距離為154pm。常見晶(jing)形有(you)八面體(ti)、菱(ling)形十二面體(ti)、立方體(ti)、四面體(ti)和(he)六八面體(ti)等。

金(jin)剛石(shi)的絕(jue)對硬(ying)度是剛玉(yu)的4倍，石(shi)英的8倍。

金(jin)剛(gang)石的(de)顏(yan)色取(qu)決于純(chun)凈(jing)程度、所(suo)含(han)雜質元(yuan)素的(de)種類和(he)含(han)量，極(ji)純(chun)凈(jing)者無(wu)色，一般多呈不(bu)同程度的(de)黃(huang)(huang)、褐(he)、灰、綠、藍(lan)、乳白和(he)紫(zi)色等；純(chun)凈(jing)者透明，含(han)雜質的(de)半透明或不(bu)透明；在陰極(ji)射(she)線(xian)(xian)、X射(she)線(xian)(xian)和(he)紫(zi)外線(xian)(xian)下，會發出不(bu)同的(de)綠色、天藍(lan)、紫(zi)色、黃(huang)(huang)綠色等色的(de)熒(ying)光；在日光曝曬后至(zhi)暗室內發淡(dan)青藍(lan)色磷光；金(jin)剛(gang)光澤，少數油脂或金(jin)屬光澤，高折射(she)率，一般為2.40-2.48。