金剛石（純碳組成的礦物）

金剛石（diamond），俗稱“金剛鉆”，它是一種由碳元素組成的礦物，是石墨的同素異形體，化學式為C，也是常見的鉆石的原身。金剛石是自然界中天然存在的最堅硬的物質。石墨可以在高溫、高壓下形成人造金剛石。金剛石的用途非常廣泛，例如：工藝品、工業中的切割工具，也是一種貴重寶石。

       2018年12月，加拿大出土了一顆重量高達552克拉的黃色金剛石，這使它成為了在北美洲發現的最大的一顆金剛石 [1]  。
 

一、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、 復雜度：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 

二、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，八面體晶面硬度大于菱形十二面體晶面硬度，菱形十二面體晶面硬度大于六面體晶面硬度。
依照摩氏硬度標準（Mohs hardness scale）共分10級，鉆石（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。
由于硬度最高,金剛石的切削和加工必須使用金剛石粉或激光（比如532nm或者1064nm波長激光）來進行。金剛石的密度為3.52g/cm³，折射率為2.417（在500納米光波下），色散率為0.044。
2021年8月，新型非晶材料（AM-III）在燕山大學亞穩材料制備技術與科學實驗室成功合成。據專家介紹，AM-III密度與金剛石相當，維氏硬度HV高達113 GPa，可劃傷單晶金剛石。 ^[5] 
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，這主要是由于金剛石中含有雜質。 金剛石的折射率非常高，色散性能也很強，這就是金剛石為什么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熒光。金剛石原生礦僅產出于金伯利巖筒或少數鉀鎂煌斑巖中。金伯利巖等是它們的母巖，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。
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，并常含有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。碳原子位于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，在不大的沖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。金剛石的顏色取決于純凈程度、所含雜質元素的種類和含量，極純凈者無色，一般多呈不同程度的黃、褐、灰、綠、藍、乳白和紫色等；純凈者透明，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、黃綠色等色的熒光；在日光曝曬后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。

三、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。金剛石是無色正八面體晶體，其成分為純碳，由碳原子以四價鍵鏈接，為已知自然存在最硬物質。由于金剛石中的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。

四、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。
在金剛石晶體中，碳原子按四面體成鍵方式互相連接，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。由于金剛石中的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，所以金剛石不僅硬度大，熔點極高，而且不導電。在工業上，金剛石主要用于制造鉆探用的探頭和磨削工具，形狀完整的還用于制造首飾等高檔裝飾品，其價格十分昂貴。

五、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，全反射的范圍寬，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于白光的反射和閃光。無色透明、結晶良好的八面體或者曲面體聚形金剛石，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棱鏡一樣，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于白光的反射作用特別強烈，而這種非常特征的反光作用就叫作金剛光澤。

六、穩定性

金剛石化學性質穩定，具有耐酸性和耐堿性，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，并進一步細分為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。由于Ⅱ型金剛石的性能優異，因此多用于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年發現于南非的普雷米爾巖管。中國常林金剛石，重158.786克拉，于1977年被山東臨沭縣常林大隊女社員魏振芳發現，后列為世界名鉆。世界金剛石主要產地有南非、澳大利亞、扎伊爾、博茨瓦納、俄羅斯。

七、物質區別

石墨和金剛石都屬于碳單質，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征。
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)。石墨熔點高于金剛石。
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于金剛石，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)

八、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，并形成產業。國內產量極高，為世界之最。
化學氣相沉積法仍主要存在于實驗室中。鄭州大學單崇新教授團隊開發出化學氣相沉積方法合成金剛石單晶和克拉級金剛石的工藝，合成出質量1.2克拉以上、顏色優白級、凈度SI1級的高品相金剛石。 

九、主要產地

伯納特兄弟于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巖石中有可能含有金剛石。
原來，那是一種在遠古時代的巖漿冷卻以后所形成的火山巖。接著，研究者又發現，在這種火山巖中除了金剛石，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。于是，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并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系后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、博茨瓦納和南非是著名的五大金剛石產地。
美國馬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巖的年代，結果發現，這些含有金剛石的熔巖至少是在過去7個不同的時期在各地噴出的巖漿所形成的，其中最古老的熔巖則是在大約10億年前形成的。在這7個巖漿噴發時期中，以在非洲各地和巴西等地區于1.2億年前至8000萬年前噴出的巖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。含有金剛石的熔巖，最晚的，是在2200萬年以前噴出的巖漿形成的。至于在那以后形成的熔巖中是否含有金剛石，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，按發現時間的先后排列如下：
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克拉的優質巨鉆，全透明，色淡黃，可稱金剛石的“中國之最”，被命名為“常林金剛石”。
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巖。②魯西、蘇北、皖北成礦區，下古生代可能有多期金伯利巖。③晉、豫、冀成礦區，已在太行山、嵩山、五臺山等地發現金伯利巖。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，產于湖南省常德丁家港、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，大規模的尋礦則始于二十世紀五十年代。沅江整個水域均有金剛石分布，但有開采價值的僅常德丁家港、桃源縣車溪沖、溆浦縣（黔陽）新莊垅、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，內部潔凈，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；粒重多小于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克拉的黃色金剛石，這使它成為了在北美洲發現的最大的一顆金剛石。美國媒體15日報道，該顆金剛石長33.74毫米，寬54.56毫米，由統領鉆石公司于10月份在加拿大西北地區的戴維科鉆石礦區發現  。

十、用途

工業用途
地質鉆頭和石油鉆頭金剛石、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。
若涂在音響紙盆上，音箱音質會大為改善。
慢性毒藥
文藝復興時期，用金剛石粉末制成的慢性毒藥曾流行在意大利豪門之間。當人服食下金剛石粉末后，金剛石粉末會粘在胃壁上，在長期的摩擦中，會讓人得胃潰瘍，不及時治療會死于胃出血，是種難以讓人提防的慢性毒劑。
觀賞寶石
鉆石由于折射率高，在燈光下顯得閃閃生輝。巨型的美鉆可以價值連城。而摻有深顏色的鉆石的價錢更高。最昂貴的有色鉆石，要數帶有微藍的水藍鉆石。
鉆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。而藍色的鉆石是二B型的，是半導體。

十一、真鉆在X射線下能否被發現

X射線的檢測原理：X射線屬于高能粒子流，對于各種物質均有一定程度的穿透作用。如果將人體置于X線發生裝置和照相膠片之間那么骨骼等部位X射線衰減嚴重以至于無法透過，因此骨骼部分的膠片不能感光，骨骼的影像就會顯現出來；而脂肪、臟器等組織，X射線可以順利穿透，通過光化學作用使膠片感光，將膠片上的鹵化銀分解為銀，呈黑色。膠片上黑白灰交織的影像就是這樣得來的 。
鉆石是碳元素組成的無色晶體，而碳元素的原子序數是6，非常小，帶入公式可以發現鉆石的衰減系數小，X射線大部分透鉆石而過，所以把鉆石直接放在X光機下是很難檢測到的  。
但與醫院需要查清人體內臟的方法一樣，如果讓人服下X射線對比劑，情況就大不相同了。一般情況下，醫院會讓患者口服硫酸鋇，俗稱“鋇餐”，鋇的原子序數是56，X射線不易透過，在X光下呈黑色。利用這種方法，鉆石就無處遁形了  。
除此之外，機場用的X射線安檢儀擁有兩組探測器陣列，能分別探測高能量和低能量射線信號，將兩種信號進行比對，就能夠獲得被檢物品的有效原子序數，從而區分出各種物質。使用這種方法，顯然鉆石也能被發現。
因此，不能因為鉆石的衰減系數小就籠統地說 “真鉆在X線下無法發現”。實際上，很多礦石公司正是運用X光機，在下班時進行檢查，防止員工偷帶鉆石的  。