簡(jian)單了解金剛石(shi)以(yi)及金剛石(shi)化學式

金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)是(shi)一種由碳(tan)元素組成的(de)礦(kuang)物(wu)，是(shi)碳(tan)元素的(de)同素異形體(ti)。同時(shi)金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)還(huan)是(shi)我們所說的(de)鉆石(shi)的(de)原身，金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)十分的(de)堅硬，是(shi)自然界自然存在的(de)最堅硬的(de)物(wu)質。

一、穩定性

金剛石化(hua)(hua)學性質穩定，具(ju)有(you)耐酸性和(he)耐堿(jian)性，高溫下不(bu)與濃HF、HCl、HNO3作(zuo)用，只(zhi)在Na2CO3、NaNO3、KNO3的熔融體中(zhong)，或與K2Cr2O7和(he)H2SO4的混合物(wu)一起(qi)煮沸時，表面會稍有(you)氧化(hua)(hua)；在O2、CO、CO2、H、Cl、H2O、CH4的高溫氣(qi)體中(zhong)腐(fu)蝕。

金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)還具有非磁(ci)性(xing)、不(bu)良導(dao)電(dian)性(xing)、親油疏水性(xing)和摩擦生電(dian)性(xing)等。唯Ⅱb型金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)具良好的半導(dao)體性(xing)能(neng)。根據金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)的氮雜質含(han)量(liang)和熱、電(dian)、光(guang)學性(xing)質的差(cha)異(yi)，可(ke)將(jiang)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)分(fen)為(wei)(wei)Ⅰ型和Ⅱ型兩(liang)類，并進一步細(xi)分(fen)為(wei)(wei)Ⅰa、Ⅰb、Ⅱa、Ⅱb四個亞(ya)類。Ⅰ型金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)，特(te)別是Ⅰa亞(ya)型，為(wei)(wei)常見的普通金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)，約占天然(ran)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)總量(liang)的98%。Ⅰ型金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)均含(han)有一定數(shu)量(liang)的氮，具有較好的導(dao)熱性(xing)、不(bu)良導(dao)電(dian)性(xing)和較好的晶形。Ⅱ型金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)極為(wei)(wei)罕見，含(han)極少或幾乎(hu)不(bu)含(han)氮，具有良好的導(dao)熱性(xing)和曲(qu)面晶體的特(te)點。Ⅱb亞(ya)型金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)具半導(dao)電(dian)性(xing)。由于Ⅱ型金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)的性(xing)能(neng)優(you)異(yi)，因此(ci)多用(yong)于空間(jian)技術和尖(jian)端工業。

世界上最(zui)大(da)的工業用金(jin)(jin)剛石(shi)和寶石(shi)級金(jin)(jin)剛石(shi)都超過(guo)3100克拉(la)（1克拉(la)=200毫克）。其中寶石(shi)級金(jin)(jin)剛石(shi)的尺寸為(wei)10×6.5×5厘(li)米，名叫(jiao)“庫利南”，1905年發現于南非的普(pu)雷米爾(er)巖管(guan)。中國常(chang)林(lin)(lin)鉆石(shi)，重158.786克拉(la)，于1977年被(bei)山東臨沭縣常(chang)林(lin)(lin)大(da)隊女社員魏(wei)振(zhen)芳發現，后列為(wei)世界名鉆。世界金(jin)(jin)剛石(shi)主要產地有南非、澳大(da)利亞、扎伊爾(er)、博茨瓦納、俄羅斯。

二、硬度

摩(mo)(mo)氏(shi)硬(ying)(ying)度10，新摩(mo)(mo)氏(shi)硬(ying)(ying)度15，顯微硬(ying)(ying)度10000kg/mm2，顯微硬(ying)(ying)度比石(shi)英(ying)高1000倍，比剛玉高150倍。金剛石(shi)硬(ying)(ying)度具有方向性，八面(mian)體晶(jing)面(mian)硬(ying)(ying)度大于菱(ling)形十(shi)二面(mian)體晶(jing)面(mian)硬(ying)(ying)度，菱(ling)形十(shi)二面(mian)體晶(jing)面(mian)硬(ying)(ying)度大于六面(mian)體晶(jing)面(mian)硬(ying)(ying)度。

依照摩(mo)氏硬度(du)標準(zhun)(Mohs hardness scale)共分10級，鉆石(金(jin)剛石)為最高級第10級；如小刀其(qi)硬度(du)約為5.5、銅幣約為3.5至(zhi)4、指甲(jia)約為2至(zhi)3、玻璃硬度(du)為6。

等(deng)(deng)(deng)(deng)級(ji)1滑石；等(deng)(deng)(deng)(deng)級(ji)2石膏(gao)；等(deng)(deng)(deng)(deng)級(ji)3方解石；等(deng)(deng)(deng)(deng)級(ji)4螢石；等(deng)(deng)(deng)(deng)級(ji)5磷灰石；等(deng)(deng)(deng)(deng)級(ji)6正長石；等(deng)(deng)(deng)(deng)級(ji)7石英；等(deng)(deng)(deng)(deng)級(ji)8黃(huang)玉；等(deng)(deng)(deng)(deng)級(ji)9剛玉；等(deng)(deng)(deng)(deng)級(ji)10鉆石

把任何兩種(zhong)不同(tong)的礦物(wu)(wu)(wu)互相刻劃(hua)(hua)，兩者中必定(ding)會有(you)一種(zhong)受(shou)到(dao)損傷(shang)。有(you)一種(zhong)礦物(wu)(wu)(wu)，能(neng)夠(gou)劃(hua)(hua)傷(shang)其他一切礦物(wu)(wu)(wu)，卻沒有(you)一種(zhong)礦物(wu)(wu)(wu)能(neng)夠(gou)劃(hua)(hua)傷(shang)它，這就是金剛石。

金剛(gang)石為什么會有如(ru)此大的硬(ying)度呢(ni)？

直到18世紀(ji)后(hou)半葉，科(ke)學家才搞清楚了構(gou)成金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)的(de)“材料(liao)”。如(ru)前所(suo)述，早在(zai)公元1世紀(ji)的(de)文獻(xian)中就有了關于金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)的(de)記(ji)載，然而，在(zai)其后(hou)的(de)1600多年中，人們始終不知道(dao)金(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)的(de)成分是什么。

直到18世紀的(de)(de)70至90年代，才有法國化(hua)學家拉(la)瓦(wa)錫(1743～1794)等(deng)人進行的(de)(de)在氧(yang)氣中(zhong)燃燒金(jin)(jin)剛(gang)石的(de)(de)實驗，結(jie)果(guo)發(fa)現得到的(de)(de)是二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)氣體(ti)，即一種由氧(yang)和碳(tan)結(jie)合在一起的(de)(de)物質。這(zhe)里(li)的(de)(de)碳(tan)就來源于金(jin)(jin)剛(gang)石。終于，這(zhe)些實驗證明了組成金(jin)(jin)剛(gang)石的(de)(de)材料是碳(tan)。

知道了金剛(gang)石的(de)(de)成分是(shi)碳，仍然不能(neng)解釋(shi)金剛(gang)石為(wei)什(shen)么有那樣大的(de)(de)硬(ying)度(du)。例(li)如(ru)，制造鉛筆芯(xin)的(de)(de)材料是(shi)石墨，成分也(ye)是(shi)碳，然而石墨卻是(shi)一種比人的(de)(de)指甲還要軟的(de)(de)礦物。金剛(gang)石和石墨這兩種礦物為(wei)什(shen)么會如(ru)此不同？

這(zhe)(zhe)個問題(ti)，是(shi)在(zai)1913年才由(you)英國的(de)物(wu)理(li)學家威(wei)廉·布拉格(ge)和他(ta)的(de)兒子(zi)做出回答(da)。布拉格(ge)父(fu)子(zi)用X射線(xian)觀察金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)，研(yan)究金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)晶體內(nei)原子(zi)的(de)排列方式。他(ta)們(men)發(fa)現，在(zai)金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)晶體內(nei)部，每一(yi)個碳(tan)原子(zi)都與(yu)周圍的(de)4個碳(tan)原子(zi)緊密(mi)(mi)結合(he)，形成(cheng)一(yi)種致(zhi)(zhi)密(mi)(mi)的(de)三(san)維結構(gou)。這(zhe)(zhe)是(shi)一(yi)種在(zai)其他(ta)礦物(wu)中都未曾見到過的(de)特殊結構(gou)。而(er)且(qie)，這(zhe)(zhe)種致(zhi)(zhi)密(mi)(mi)的(de)結構(gou)，使(shi)得(de)金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)的(de)密(mi)(mi)度(du)為每立方厘(li)米約3.5克，大(da)約是(shi)石(shi)(shi)墨(mo)密(mi)(mi)度(du)的(de)1.5倍。正是(shi)這(zhe)(zhe)種致(zhi)(zhi)密(mi)(mi)的(de)結構(gou)，使(shi)得(de)金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)具有最大(da)的(de)硬度(du)。換句話說，金(jin)(jin)剛石(shi)(shi)是(shi)碳(tan)原子(zi)被擠壓而(er)形成(cheng)的(de)一(yi)種礦物(wu)。

三、顏色

金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)有(you)各種(zhong)顏色(se)，從(cong)無(wu)色(se)到黑色(se)都有(you)，以(yi)(yi)無(wu)色(se)的(de)為特佳。它(ta)們(men)可(ke)以(yi)(yi)是(shi)透(tou)(tou)明(ming)的(de)，也(ye)可(ke)以(yi)(yi)是(shi)半(ban)透(tou)(tou)明(ming)或不透(tou)(tou)明(ming)。許多金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)帶些黃色(se)，這主(zhu)要(yao)是(shi)由(you)于金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)中(zhong)含有(you)雜(za)質。金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)的(de)折射(she)率(lv)非常(chang)高，色(se)散性(xing)能也(ye)很強(qiang)，這就是(shi)金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)為什么會反射(she)出五(wu)彩繽紛閃(shan)光(guang)的(de)原(yuan)因。金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)在X射(she)線照射(she)下會發出藍(lan)綠色(se)熒光(guang)。金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)原(yuan)生(sheng)礦僅產出于金(jin)(jin)(jin)伯利(li)巖筒或少(shao)數(shu)鉀鎂煌斑巖中(zhong)。金(jin)(jin)(jin)伯利(li)巖等(deng)是(shi)它(ta)們(men)的(de)母巖，其他地方的(de)金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)都是(shi)被河(he)流、冰川(chuan)等(deng)搬運過(guo)去(qu)的(de)。金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)一般為粒(li)狀(zhuang)。如(ru)果將金(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)加熱(re)到1000℃時，它(ta)會緩慢地變成石(shi)墨。

中國(guo)也(ye)擁有制(zhi)造金剛石的技術(shu)，但最大也(ye)不(bu)過0.2克(ke)拉。

引用亞洲寶石協會（GIG）報告：金剛石的化(hua)(hua)學(xue)成分(fen)為(wei)C，與石墨(mo)同是碳的同質多(duo)象(xiang)變(bian)體。在礦物化(hua)(hua)學(xue)組成中，總含(han)有Si、Mg、Al、Ca、Mn、Ni等元素，并常含(han)有Na、B、Cu、Fe、Co、Cr、Ti、N等雜(za)質元素，以及碳水(shui)化(hua)(hua)合物。

金(jin)剛石礦物(wu)晶(jing)體構造屬等軸晶(jing)系同極鍵四(si)(si)面(mian)體型構造。碳(tan)原(yuan)子(zi)位于四(si)(si)面(mian)體的(de)角(jiao)頂及中心，具(ju)有高(gao)度的(de)對(dui)稱性。單位晶(jing)胞中碳(tan)原(yuan)子(zi)間以同極鍵相連(lian)結，距(ju)離為154pm。常見(jian)晶(jing)形有八(ba)面(mian)體、菱形十二(er)面(mian)體、立方體、四(si)(si)面(mian)體和六八(ba)面(mian)體等。

金剛石的絕(jue)對硬度是剛玉的4倍(bei)，石英的8倍(bei)。

金剛石(shi)的(de)(de)(de)顏(yan)色(se)(se)(se)(se)(se)取決于純凈程度、所含(han)雜質元素的(de)(de)(de)種類和(he)(he)含(han)量，極(ji)純凈者(zhe)無色(se)(se)(se)(se)(se)，一(yi)般多呈不同(tong)(tong)程度的(de)(de)(de)黃、褐、灰、綠、藍、乳(ru)白和(he)(he)紫色(se)(se)(se)(se)(se)等；純凈者(zhe)透明(ming)(ming)，含(han)雜質的(de)(de)(de)半透明(ming)(ming)或不透明(ming)(ming)；在(zai)陰極(ji)射線(xian)、X射線(xian)和(he)(he)紫外線(xian)下，會發(fa)出不同(tong)(tong)的(de)(de)(de)綠色(se)(se)(se)(se)(se)、天藍、紫色(se)(se)(se)(se)(se)、黃綠色(se)(se)(se)(se)(se)等色(se)(se)(se)(se)(se)的(de)(de)(de)熒光(guang)；在(zai)日光(guang)曝曬后至暗室(shi)內(nei)發(fa)淡青藍色(se)(se)(se)(se)(se)磷(lin)光(guang)；金剛光(guang)澤(ze)，少數油脂或金屬光(guang)澤(ze)，高折射率，一(yi)般為2.40-2.48。