簡單了(le)解金剛石以(yi)及金剛石化學式

金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)是一種由碳元(yuan)素組成的(de)(de)礦物，是碳元(yuan)素的(de)(de)同(tong)素異形體(ti)。同(tong)時(shi)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)還(huan)是我們所說的(de)(de)鉆石(shi)(shi)的(de)(de)原(yuan)身，金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)十分的(de)(de)堅硬(ying)，是自然(ran)界自然(ran)存在的(de)(de)最堅硬(ying)的(de)(de)物質。

一、穩定性

金剛石化學性質穩(wen)定(ding)，具有耐(nai)酸性和耐(nai)堿性，高(gao)(gao)溫(wen)下不與(yu)濃HF、HCl、HNO3作(zuo)用，只在(zai)Na2CO3、NaNO3、KNO3的熔融體(ti)中，或與(yu)K2Cr2O7和H2SO4的混合物一(yi)起煮(zhu)沸時，表面會(hui)稍有氧(yang)化；在(zai)O2、CO、CO2、H、Cl、H2O、CH4的高(gao)(gao)溫(wen)氣體(ti)中腐蝕。

金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)還(huan)具有非磁性(xing)(xing)(xing)、不(bu)良導電性(xing)(xing)(xing)、親油疏水性(xing)(xing)(xing)和(he)(he)摩擦生(sheng)電性(xing)(xing)(xing)等(deng)。唯Ⅱb型(xing)金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)具良好的(de)半導體性(xing)(xing)(xing)能。根據金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)的(de)氮雜質含量(liang)和(he)(he)熱、電、光學性(xing)(xing)(xing)質的(de)差異(yi)，可將(jiang)金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)分為(wei)(wei)Ⅰ型(xing)和(he)(he)Ⅱ型(xing)兩(liang)類，并進一步細分為(wei)(wei)Ⅰa、Ⅰb、Ⅱa、Ⅱb四個亞(ya)(ya)類。Ⅰ型(xing)金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)，特別是Ⅰa亞(ya)(ya)型(xing)，為(wei)(wei)常見(jian)的(de)普通(tong)金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)，約占天然金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)總量(liang)的(de)98%。Ⅰ型(xing)金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)均含有一定(ding)數量(liang)的(de)氮，具有較好的(de)導熱性(xing)(xing)(xing)、不(bu)良導電性(xing)(xing)(xing)和(he)(he)較好的(de)晶(jing)形。Ⅱ型(xing)金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)極(ji)為(wei)(wei)罕見(jian)，含極(ji)少(shao)或幾乎不(bu)含氮，具有良好的(de)導熱性(xing)(xing)(xing)和(he)(he)曲(qu)面晶(jing)體的(de)特點。Ⅱb亞(ya)(ya)型(xing)金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)具半導電性(xing)(xing)(xing)。由于Ⅱ型(xing)金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)的(de)性(xing)(xing)(xing)能優異(yi)，因此多用于空間技(ji)術(shu)和(he)(he)尖端工業。

世(shi)界(jie)上最大的工業用金剛石(shi)和寶(bao)石(shi)級金剛石(shi)都超(chao)過3100克(ke)拉(la)(la)（1克(ke)拉(la)(la)=200毫克(ke)）。其中寶(bao)石(shi)級金剛石(shi)的尺寸為10×6.5×5厘米，名(ming)叫“庫(ku)利南(nan)”，1905年發現于南(nan)非的普雷米爾巖管。中國常(chang)林鉆(zhan)石(shi)，重158.786克(ke)拉(la)(la)，于1977年被山東臨沭縣常(chang)林大隊女(nv)社員魏振芳發現，后列(lie)為世(shi)界(jie)名(ming)鉆(zhan)。世(shi)界(jie)金剛石(shi)主要產地有南(nan)非、澳大利亞(ya)、扎伊爾、博茨瓦(wa)納(na)、俄羅斯。

二、硬度

摩氏硬度(du)(du)(du)10，新摩氏硬度(du)(du)(du)15，顯微硬度(du)(du)(du)10000kg/mm2，顯微硬度(du)(du)(du)比(bi)石(shi)英高1000倍(bei)，比(bi)剛(gang)玉高150倍(bei)。金(jin)剛(gang)石(shi)硬度(du)(du)(du)具有方(fang)向(xiang)性(xing)，八面(mian)(mian)體晶面(mian)(mian)硬度(du)(du)(du)大(da)于菱(ling)形十二(er)面(mian)(mian)體晶面(mian)(mian)硬度(du)(du)(du)，菱(ling)形十二(er)面(mian)(mian)體晶面(mian)(mian)硬度(du)(du)(du)大(da)于六面(mian)(mian)體晶面(mian)(mian)硬度(du)(du)(du)。

依照摩氏硬度標準(Mohs hardness scale)共(gong)分10級，鉆石(金剛石)為(wei)最高級第10級；如小刀其硬度約(yue)(yue)(yue)為(wei)5.5、銅幣約(yue)(yue)(yue)為(wei)3.5至4、指甲約(yue)(yue)(yue)為(wei)2至3、玻璃(li)硬度為(wei)6。

等(deng)(deng)級(ji)1滑石(shi)；等(deng)(deng)級(ji)2石(shi)膏(gao)；等(deng)(deng)級(ji)3方解石(shi)；等(deng)(deng)級(ji)4螢石(shi)；等(deng)(deng)級(ji)5磷灰(hui)石(shi)；等(deng)(deng)級(ji)6正長石(shi)；等(deng)(deng)級(ji)7石(shi)英；等(deng)(deng)級(ji)8黃玉(yu)；等(deng)(deng)級(ji)9剛玉(yu)；等(deng)(deng)級(ji)10鉆石(shi)

把任何兩(liang)種不同的礦(kuang)(kuang)物(wu)(wu)(wu)互相刻劃，兩(liang)者中必(bi)定會有(you)(you)一種受到損傷(shang)。有(you)(you)一種礦(kuang)(kuang)物(wu)(wu)(wu)，能夠劃傷(shang)其他一切礦(kuang)(kuang)物(wu)(wu)(wu)，卻沒有(you)(you)一種礦(kuang)(kuang)物(wu)(wu)(wu)能夠劃傷(shang)它(ta)，這就是金(jin)剛石。

金剛石(shi)為(wei)什么會有(you)如此大的硬(ying)度呢(ni)？

直(zhi)到(dao)18世紀(ji)后(hou)半(ban)葉，科學家才搞清楚(chu)了構成金剛(gang)石(shi)(shi)的(de)(de)(de)“材料”。如前所述，早在公元1世紀(ji)的(de)(de)(de)文(wen)獻中(zhong)就(jiu)有(you)了關于金剛(gang)石(shi)(shi)的(de)(de)(de)記(ji)載，然而，在其后(hou)的(de)(de)(de)1600多年(nian)中(zhong)，人(ren)們始(shi)終不知道(dao)金剛(gang)石(shi)(shi)的(de)(de)(de)成分是什么。

直(zhi)到18世(shi)紀(ji)的(de)70至90年代，才有法國化學家拉瓦(wa)錫(xi)(1743～1794)等人進行的(de)在氧氣(qi)中燃燒金(jin)剛(gang)石(shi)的(de)實驗，結果發(fa)現(xian)得到的(de)是(shi)二氧化碳(tan)氣(qi)體(ti)，即一種由氧和碳(tan)結合在一起的(de)物質。這里的(de)碳(tan)就來源于金(jin)剛(gang)石(shi)。終(zhong)于，這些實驗證明了組(zu)成金(jin)剛(gang)石(shi)的(de)材料(liao)是(shi)碳(tan)。

知道了金剛石(shi)(shi)的成(cheng)分是(shi)碳(tan)，仍然不能解(jie)釋金剛石(shi)(shi)為什(shen)么有(you)那樣(yang)大的硬度(du)。例如，制造鉛筆芯的材料是(shi)石(shi)(shi)墨，成(cheng)分也(ye)是(shi)碳(tan)，然而石(shi)(shi)墨卻(que)是(shi)一種比人的指甲還(huan)要軟的礦物(wu)。金剛石(shi)(shi)和石(shi)(shi)墨這兩種礦物(wu)為什(shen)么會(hui)如此不同(tong)？

這個問(wen)題，是(shi)在(zai)1913年才(cai)由英國的(de)(de)(de)(de)物理學家威廉(lian)·布拉(la)格和他的(de)(de)(de)(de)兒子(zi)(zi)(zi)做出回答。布拉(la)格父子(zi)(zi)(zi)用(yong)X射線(xian)觀察(cha)金剛(gang)石(shi)，研究金剛(gang)石(shi)晶體內原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)排(pai)列方式。他們發現，在(zai)金剛(gang)石(shi)晶體內部，每(mei)一(yi)(yi)個碳原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)都與周圍(wei)的(de)(de)(de)(de)4個碳原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)緊密結(jie)合，形(xing)成(cheng)一(yi)(yi)種(zhong)致(zhi)密的(de)(de)(de)(de)三維(wei)結(jie)構(gou)。這是(shi)一(yi)(yi)種(zhong)在(zai)其他礦物中都未曾(ceng)見(jian)到過的(de)(de)(de)(de)特殊結(jie)構(gou)。而(er)且，這種(zhong)致(zhi)密的(de)(de)(de)(de)結(jie)構(gou)，使(shi)(shi)得金剛(gang)石(shi)的(de)(de)(de)(de)密度為(wei)每(mei)立方厘米約3.5克，大約是(shi)石(shi)墨密度的(de)(de)(de)(de)1.5倍。正是(shi)這種(zhong)致(zhi)密的(de)(de)(de)(de)結(jie)構(gou)，使(shi)(shi)得金剛(gang)石(shi)具有最(zui)大的(de)(de)(de)(de)硬(ying)度。換句話(hua)說，金剛(gang)石(shi)是(shi)碳原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)被擠壓而(er)形(xing)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)種(zhong)礦物。

三、顏色

金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)有各(ge)種(zhong)顏色，從無(wu)色到黑色都有，以無(wu)色的(de)為特(te)佳。它(ta)們可(ke)以是(shi)透明的(de)，也(ye)可(ke)以是(shi)半透明或不透明。許多金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)帶些黃(huang)色，這主要是(shi)由(you)于(yu)金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)中(zhong)含(han)有雜質。金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)的(de)折射率非常高(gao)，色散性能也(ye)很強(qiang)，這就是(shi)金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)為什么會(hui)反射出(chu)五彩繽紛閃(shan)光(guang)的(de)原因。金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)在(zai)X射線照射下會(hui)發出(chu)藍綠色熒光(guang)。金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)原生礦(kuang)僅產出(chu)于(yu)金(jin)(jin)(jin)伯(bo)利(li)巖(yan)筒或少(shao)數鉀鎂(mei)煌斑巖(yan)中(zhong)。金(jin)(jin)(jin)伯(bo)利(li)巖(yan)等是(shi)它(ta)們的(de)母(mu)巖(yan)，其他地方的(de)金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)都是(shi)被河流、冰川等搬運過去的(de)。金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)一般(ban)為粒(li)狀(zhuang)。如(ru)果將(jiang)金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)加(jia)熱到1000℃時，它(ta)會(hui)緩慢地變成(cheng)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)。

中國也擁有(you)制造(zao)金剛石的技術，但(dan)最大也不過(guo)0.2克拉。

引用亞洲寶石協(xie)會（GIG）報告：金剛石的化學成分為(wei)C，與石墨同(tong)是碳(tan)的同(tong)質(zhi)多象變體(ti)。在礦物化學組成中，總(zong)含有Si、Mg、Al、Ca、Mn、Ni等(deng)元素(su)，并常含有Na、B、Cu、Fe、Co、Cr、Ti、N等(deng)雜(za)質(zhi)元素(su)，以(yi)及(ji)碳(tan)水化合(he)物。

金剛石礦物晶體(ti)構造(zao)屬(shu)等軸晶系同極鍵(jian)四(si)面(mian)(mian)(mian)體(ti)型(xing)構造(zao)。碳原(yuan)子位(wei)于(yu)四(si)面(mian)(mian)(mian)體(ti)的(de)角(jiao)頂(ding)及中心(xin)，具有(you)高度的(de)對稱性。單(dan)位(wei)晶胞(bao)中碳原(yuan)子間以同極鍵(jian)相連結，距離為154pm。常見晶形(xing)有(you)八面(mian)(mian)(mian)體(ti)、菱形(xing)十二面(mian)(mian)(mian)體(ti)、立方(fang)體(ti)、四(si)面(mian)(mian)(mian)體(ti)和六八面(mian)(mian)(mian)體(ti)等。

金剛石的絕對硬度是剛玉的4倍(bei)，石英的8倍(bei)。

金(jin)剛(gang)石(shi)的顏色(se)取(qu)決于純(chun)凈程度、所含雜質(zhi)元素(su)的種類和含量，極純(chun)凈者無色(se)，一(yi)般(ban)多呈不(bu)(bu)同(tong)程度的黃、褐(he)、灰(hui)、綠(lv)、藍(lan)、乳(ru)白(bai)和紫色(se)等(deng)；純(chun)凈者透(tou)明，含雜質(zhi)的半(ban)透(tou)明或不(bu)(bu)透(tou)明；在(zai)陰(yin)極射線、X射線和紫外線下，會發出不(bu)(bu)同(tong)的綠(lv)色(se)、天藍(lan)、紫色(se)、黃綠(lv)色(se)等(deng)色(se)的熒光(guang)(guang)；在(zai)日光(guang)(guang)曝曬后至暗室內發淡青藍(lan)色(se)磷光(guang)(guang)；金(jin)剛(gang)光(guang)(guang)澤，少數油脂或金(jin)屬(shu)光(guang)(guang)澤，高折(zhe)射率，一(yi)般(ban)為2.40-2.48。