金剛石的形成和特徵

2021-02-25 收藏悅

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黑金剛石(黑鑽)

金剛石俗稱"金剛鑽"。也就是我們常說的鑽石的原身,它是一種由碳元素組成的礦物,是自然界由單質元素組成的粒子物質,是碳同素異形體(金剛石,石墨烯,富勒烯,碳納米管,藍絲黛爾石等)。金剛石是目前在地球上發現的眾多天然存在中最堅硬的物質,同時金剛石不是只有在地球才有產出,現發現在天體隕落的隕石中也有金剛石的生成態相。金剛石的用途非常廣泛,例如:工藝品和工業中的切割工具。石墨可以在高溫、高壓下形成人造金剛石, 也是貴重寶石。中國也擁有製造金剛石的技術 。需要注意,石墨與金剛石物理性質完全不同。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,也可以是納米金剛石。許多金剛石帶些黃色,這主要是由於金剛石中含有雜質。 金剛石的折射率非常高,色散性能也很強,這就是金剛石為什麼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螢光。金剛石原生礦僅產出於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和二氧化碳氣體。

黑金剛石(Carbonado),是一種發現在中非共和國及巴西衝積礦床的天然多晶金剛石。 它的自然顏色是黑色或暗灰色,比其它鑽石有更多孔隙,加工後的成品黑鑽石已經成為上流社會最流行的裝飾品之一。在各種顏色的鑽石中,黑鑽石更因其數量稀少而顯得尤為珍貴。相對於寶石學意義更重的黑鑽,黑金剛石一般特指自然產出的黑色金剛石原石。其寶石級品質的個體經切割後就是黑鑽。

黑色黃金是如何形成的:黑鑽石又稱黑金剛石,呈黑色多孔結構,硬度與其他鑽石相當,只存在於巴西和中非共和國。黑鑽石多以不規則的或圓形的碎片形式存在,所以更多是在工業上的應用。 隨著時代發展,黑鑽石也被用於珠寶領域,且由於數量稀少,價值也相當昂貴。 根據分析,2012年1月科學家證實,黑鑽石是超新星爆炸後倖存的物質形成流星,直徑可能達到1英裡(約合1.6公裡),穿過地球大氣層後被碾成碎片,墜落到南美和非洲地區被埋入地下後形成的。黑鑽石又稱黑金剛石,呈黑色多孔結構,硬度與其他鑽石相當,只存在於巴西和中非共和國。佛羅裡達州立大學天體物理學家哈吉爾提說,從澳大利亞到西伯利亞,從中國到印度,普通鑽石的形成過程事實上是相同的。但這些鑽石與黑色鑽石的構成成分都是不一樣的。以前的研究成果還得到了新數據的支持,黑色鑽石其實是超新星爆炸的產物,當它們最初墜落在地球上時,它們的直徑約有一公裡甚至更長,有如一顆小型的行星。

黑金剛石(黑鑽)

把任何兩種不同的礦物互相刻劃,兩者中必定會有一種受到損傷。有一種礦物,能夠劃傷其他一切礦物,卻沒有一種礦物能夠劃傷它,這就是金剛石。

直到18世紀後半葉,科學家才搞清楚了構成金剛石的"材料"。如前所述,早在公元1世紀的文獻中就有了關於金剛石的記載,然而,在其後的1600多年中,人們始終不知道金剛石的成分是什麼。

直到18世紀的70至90年代,才有法國化學家拉瓦錫(1743~1794)等人進行的在氧氣中燃燒金剛石的實驗,結果發現得到的是二氧化碳氣體,即一種由氧和碳結合在一起的物質。這裡的碳就來源於金剛石。終於,這些實驗證明了組成金剛石的材料是碳。

知道了金剛石的成分是碳,仍然不能解釋金剛石為什麼有那樣大的硬度。例如,製造鉛筆芯的材料是石墨,成分也是碳,然而石墨卻是一種比人的指甲還要軟的礦物。金剛石和石墨這兩種礦物為什麼會如此不同?

這個問題,是在1913年才由英國的物理學家威廉·布拉格和他的兒子做出回答。布拉格父子用X射線觀察金剛石,研究金剛石晶體內原子的排列方式。他們發現,在金剛石晶體內部,每一個碳原子都與周圍的4個碳原子緊密結合,形成一種緻密的三維結構。這是一種在其他礦物中都未曾見到過的特殊結構。而且,這種緻密的結構,使得金剛石的密度為每立方釐米約3.5克,大約是石墨密度的1.5倍。正是這種緻密的結構,使得金剛石具有最大的硬度。換句話說,金剛石是碳原子被擠壓而形成的一種礦物。

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