簡(jian)單(dan)了解金剛石以及金剛石化學式

金剛(gang)石(shi)是一(yi)種由碳元(yuan)素(su)組成(cheng)的(de)(de)(de)礦物(wu)(wu)，是碳元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)同素(su)異形體(ti)。同時金剛(gang)石(shi)還是我們所(suo)說的(de)(de)(de)鉆石(shi)的(de)(de)(de)原身，金剛(gang)石(shi)十分的(de)(de)(de)堅(jian)硬，是自然界自然存(cun)在的(de)(de)(de)最(zui)堅(jian)硬的(de)(de)(de)物(wu)(wu)質。

一、穩定性

金(jin)剛石化(hua)學性質穩定，具有(you)耐(nai)酸性和耐(nai)堿性，高溫下不與濃HF、HCl、HNO3作(zuo)用，只在Na2CO3、NaNO3、KNO3的(de)(de)熔融體中(zhong)，或與K2Cr2O7和H2SO4的(de)(de)混合物一起煮沸時，表面會(hui)稍(shao)有(you)氧化(hua)；在O2、CO、CO2、H、Cl、H2O、CH4的(de)(de)高溫氣體中(zhong)腐(fu)蝕。

金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)還具有(you)非磁性(xing)(xing)(xing)、不(bu)良導電(dian)性(xing)(xing)(xing)、親油疏水性(xing)(xing)(xing)和(he)摩擦生電(dian)性(xing)(xing)(xing)等(deng)。唯Ⅱb型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)具良好(hao)(hao)的(de)(de)(de)半導體(ti)性(xing)(xing)(xing)能。根據(ju)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)氮雜質含量(liang)和(he)熱、電(dian)、光學性(xing)(xing)(xing)質的(de)(de)(de)差異，可將金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)分為Ⅰ型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)Ⅱ型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)兩類(lei)(lei)，并進(jin)一(yi)步細分為Ⅰa、Ⅰb、Ⅱa、Ⅱb四個亞類(lei)(lei)。Ⅰ型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)，特(te)別是Ⅰa亞型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)，為常見的(de)(de)(de)普通金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)，約占天然金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)總(zong)量(liang)的(de)(de)(de)98%。Ⅰ型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)均含有(you)一(yi)定數量(liang)的(de)(de)(de)氮，具有(you)較(jiao)好(hao)(hao)的(de)(de)(de)導熱性(xing)(xing)(xing)、不(bu)良導電(dian)性(xing)(xing)(xing)和(he)較(jiao)好(hao)(hao)的(de)(de)(de)晶形。Ⅱ型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)極為罕見，含極少或幾(ji)乎不(bu)含氮，具有(you)良好(hao)(hao)的(de)(de)(de)導熱性(xing)(xing)(xing)和(he)曲(qu)面晶體(ti)的(de)(de)(de)特(te)點。Ⅱb亞型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)具半導電(dian)性(xing)(xing)(xing)。由于Ⅱ型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)性(xing)(xing)(xing)能優異，因此多用于空間技(ji)術和(he)尖端工業。

世(shi)界(jie)上(shang)最大(da)(da)(da)的工業(ye)用(yong)金剛(gang)石(shi)(shi)(shi)和寶(bao)石(shi)(shi)(shi)級金剛(gang)石(shi)(shi)(shi)都超過(guo)3100克(ke)拉(la)（1克(ke)拉(la)=200毫克(ke)）。其中寶(bao)石(shi)(shi)(shi)級金剛(gang)石(shi)(shi)(shi)的尺寸為(wei)10×6.5×5厘米，名叫(jiao)“庫利(li)南”，1905年發現于南非的普雷米爾(er)巖管。中國常林鉆(zhan)石(shi)(shi)(shi)，重(zhong)158.786克(ke)拉(la)，于1977年被(bei)山東臨沭縣常林大(da)(da)(da)隊(dui)女社員魏振(zhen)芳發現，后列為(wei)世(shi)界(jie)名鉆(zhan)。世(shi)界(jie)金剛(gang)石(shi)(shi)(shi)主要產地有南非、澳大(da)(da)(da)利(li)亞、扎伊爾(er)、博茨瓦(wa)納(na)、俄羅斯。

二、硬度

摩氏硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)10，新摩氏硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)15，顯微硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)10000kg/mm2，顯微硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)比(bi)(bi)石英高1000倍(bei)，比(bi)(bi)剛玉(yu)高150倍(bei)。金剛石硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)具有方向性，八面(mian)(mian)體(ti)晶面(mian)(mian)硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)大(da)于(yu)菱形(xing)十二(er)面(mian)(mian)體(ti)晶面(mian)(mian)硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)，菱形(xing)十二(er)面(mian)(mian)體(ti)晶面(mian)(mian)硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)大(da)于(yu)六面(mian)(mian)體(ti)晶面(mian)(mian)硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)。

依照摩(mo)氏硬(ying)度(du)標準(Mohs hardness scale)共分(fen)10級(ji)(ji)，鉆石(金剛石)為(wei)(wei)(wei)最高級(ji)(ji)第10級(ji)(ji)；如小刀其硬(ying)度(du)約為(wei)(wei)(wei)5.5、銅幣(bi)約為(wei)(wei)(wei)3.5至(zhi)4、指甲約為(wei)(wei)(wei)2至(zhi)3、玻璃硬(ying)度(du)為(wei)(wei)(wei)6。

等(deng)(deng)級(ji)(ji)1滑石(shi)；等(deng)(deng)級(ji)(ji)2石(shi)膏；等(deng)(deng)級(ji)(ji)3方解(jie)石(shi)；等(deng)(deng)級(ji)(ji)4螢石(shi)；等(deng)(deng)級(ji)(ji)5磷(lin)灰(hui)石(shi)；等(deng)(deng)級(ji)(ji)6正長石(shi)；等(deng)(deng)級(ji)(ji)7石(shi)英；等(deng)(deng)級(ji)(ji)8黃玉；等(deng)(deng)級(ji)(ji)9剛玉；等(deng)(deng)級(ji)(ji)10鉆石(shi)

把任(ren)何兩種(zhong)(zhong)不同(tong)的礦物互相(xiang)刻劃(hua)，兩者中(zhong)必定會(hui)有一種(zhong)(zhong)受到(dao)損傷。有一種(zhong)(zhong)礦物，能(neng)夠劃(hua)傷其他一切(qie)礦物，卻(que)沒有一種(zhong)(zhong)礦物能(neng)夠劃(hua)傷它，這(zhe)就是金(jin)剛石。

金剛石為什么會有如此大的硬(ying)度(du)呢？

直到18世紀后半葉(xie)，科學家才搞清楚了(le)構成金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)的(de)“材料”。如前所(suo)述，早在(zai)(zai)公元1世紀的(de)文獻中(zhong)就有了(le)關于(yu)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)的(de)記載(zai)，然而(er)，在(zai)(zai)其后的(de)1600多年中(zhong)，人們始終不知道(dao)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)的(de)成分是什么。

直(zhi)到(dao)18世紀的(de)70至90年代，才有法國化學家拉瓦錫(1743～1794)等人進行的(de)在氧(yang)氣(qi)中(zhong)燃(ran)燒金剛石的(de)實驗，結果發現得到(dao)的(de)是二氧(yang)化碳氣(qi)體，即一(yi)種由(you)氧(yang)和碳結合在一(yi)起的(de)物質。這(zhe)(zhe)里的(de)碳就來源于(yu)金剛石。終于(yu)，這(zhe)(zhe)些(xie)實驗證明了組(zu)成金剛石的(de)材料是碳。

知道了金剛(gang)石(shi)(shi)的(de)(de)(de)成分是碳，仍然(ran)不(bu)能解釋(shi)金剛(gang)石(shi)(shi)為什(shen)么有那樣大的(de)(de)(de)硬(ying)度(du)。例如，制(zhi)造(zao)鉛筆芯的(de)(de)(de)材料是石(shi)(shi)墨(mo)，成分也是碳，然(ran)而石(shi)(shi)墨(mo)卻(que)是一種比人的(de)(de)(de)指(zhi)甲還(huan)要軟(ruan)的(de)(de)(de)礦物。金剛(gang)石(shi)(shi)和石(shi)(shi)墨(mo)這兩種礦物為什(shen)么會(hui)如此不(bu)同？

這(zhe)(zhe)(zhe)個(ge)問題，是(shi)在1913年(nian)才由(you)英國的(de)(de)物理學家威(wei)廉·布(bu)拉(la)(la)格(ge)(ge)和他(ta)的(de)(de)兒子(zi)(zi)做(zuo)出回答。布(bu)拉(la)(la)格(ge)(ge)父(fu)子(zi)(zi)用X射線(xian)觀察金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石，研究金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石晶(jing)體內(nei)原(yuan)子(zi)(zi)的(de)(de)排列方(fang)式。他(ta)們發現(xian)，在金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石晶(jing)體內(nei)部(bu)，每一(yi)(yi)個(ge)碳原(yuan)子(zi)(zi)都與(yu)周圍的(de)(de)4個(ge)碳原(yuan)子(zi)(zi)緊密(mi)(mi)結合，形成一(yi)(yi)種(zhong)致密(mi)(mi)的(de)(de)三維結構(gou)(gou)。這(zhe)(zhe)(zhe)是(shi)一(yi)(yi)種(zhong)在其(qi)他(ta)礦物中都未曾見到過(guo)的(de)(de)特殊(shu)結構(gou)(gou)。而且(qie)，這(zhe)(zhe)(zhe)種(zhong)致密(mi)(mi)的(de)(de)結構(gou)(gou)，使得金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石的(de)(de)密(mi)(mi)度為(wei)每立方(fang)厘米(mi)約(yue)3.5克，大約(yue)是(shi)石墨密(mi)(mi)度的(de)(de)1.5倍。正是(shi)這(zhe)(zhe)(zhe)種(zhong)致密(mi)(mi)的(de)(de)結構(gou)(gou)，使得金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石具有最大的(de)(de)硬度。換(huan)句話(hua)說(shuo)，金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石是(shi)碳原(yuan)子(zi)(zi)被(bei)擠(ji)壓而形成的(de)(de)一(yi)(yi)種(zhong)礦物。

三、顏色

金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)有(you)各種(zhong)顏色(se)(se)(se)(se)，從無(wu)色(se)(se)(se)(se)到黑色(se)(se)(se)(se)都有(you)，以(yi)無(wu)色(se)(se)(se)(se)的為特佳。它(ta)們可以(yi)是透(tou)明的，也可以(yi)是半透(tou)明或(huo)不透(tou)明。許多金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)帶些黃色(se)(se)(se)(se)，這主要是由于金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)中(zhong)含(han)有(you)雜質。金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)的折射(she)(she)(she)(she)率非(fei)常高，色(se)(se)(se)(se)散性能也很強，這就是金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)為什么會反射(she)(she)(she)(she)出(chu)五(wu)彩(cai)繽紛(fen)閃光的原因。金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)在(zai)X射(she)(she)(she)(she)線照射(she)(she)(she)(she)下會發出(chu)藍綠色(se)(se)(se)(se)熒光。金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)原生礦僅(jin)產出(chu)于金(jin)(jin)伯利巖(yan)(yan)筒(tong)或(huo)少(shao)數鉀(jia)鎂(mei)煌斑巖(yan)(yan)中(zhong)。金(jin)(jin)伯利巖(yan)(yan)等是它(ta)們的母巖(yan)(yan)，其他地方的金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)都是被河流、冰川等搬運(yun)過去的。金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)一般為粒狀(zhuang)。如果將(jiang)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)加熱到1000℃時，它(ta)會緩慢地變成(cheng)石(shi)(shi)墨。

中國也(ye)擁(yong)有制造金剛(gang)石的(de)技術(shu)，但最大(da)也(ye)不過0.2克拉(la)。

引用亞洲寶石協會（GIG）報告：金剛石的化學(xue)成(cheng)(cheng)分為C，與石墨同(tong)是碳的同(tong)質(zhi)多象變體。在礦物化學(xue)組成(cheng)(cheng)中，總含有(you)Si、Mg、Al、Ca、Mn、Ni等元素，并常含有(you)Na、B、Cu、Fe、Co、Cr、Ti、N等雜質(zhi)元素，以(yi)及碳水(shui)化合物。

金(jin)剛石礦(kuang)物晶(jing)體(ti)(ti)構造(zao)屬等軸晶(jing)系同(tong)極鍵四(si)面體(ti)(ti)型(xing)構造(zao)。碳原(yuan)子位于四(si)面體(ti)(ti)的角頂及(ji)中(zhong)心，具有高(gao)度的對稱(cheng)性。單位晶(jing)胞中(zhong)碳原(yuan)子間以同(tong)極鍵相(xiang)連結，距離為154pm。常見晶(jing)形有八面體(ti)(ti)、菱(ling)形十二面體(ti)(ti)、立方體(ti)(ti)、四(si)面體(ti)(ti)和六八面體(ti)(ti)等。

金剛(gang)石(shi)的(de)絕對(dui)硬(ying)度是剛(gang)玉的(de)4倍，石(shi)英的(de)8倍。

金剛石(shi)的(de)(de)顏色取決于純凈(jing)程(cheng)度、所含雜質元素(su)的(de)(de)種類和(he)含量，極純凈(jing)者無色，一(yi)般(ban)(ban)多(duo)呈不同(tong)程(cheng)度的(de)(de)黃、褐、灰、綠(lv)、藍(lan)、乳白和(he)紫(zi)色等；純凈(jing)者透明(ming)，含雜質的(de)(de)半透明(ming)或(huo)不透明(ming)；在(zai)陰極射線(xian)、X射線(xian)和(he)紫(zi)外線(xian)下，會發出(chu)不同(tong)的(de)(de)綠(lv)色、天藍(lan)、紫(zi)色、黃綠(lv)色等色的(de)(de)熒光(guang)；在(zai)日光(guang)曝曬后至暗室內發淡青藍(lan)色磷光(guang)；金剛光(guang)澤，少數油脂或(huo)金屬光(guang)澤，高折射率，一(yi)般(ban)(ban)為2.40-2.48。