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金刚石的知识

日期:2020-09-21 14:18
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摘要:金刚石是一种由碳元素组成的矿物,是碳元素的同素异形体。同时金刚石还是我们所说的钻石的原身,金刚石十分的坚硬,是自然界自然存在的*坚硬的物质。 一、稳定性 金刚石化学性质稳定,具有耐酸性和耐碱性,高温下不与浓HF、HCl、HNO3作用,只在Na2CO3、NaNO3、KNO3的熔融体中,或与K2Cr2O7和H2SO4的混合物一起煮沸时,表面会稍有氧化;在O2、CO、CO2、H、Cl、H2O、CH4的高温气体中腐蚀。 金刚石还具有非磁性、不佳导电性、亲油疏水性和摩擦生电性等。b型金刚石具良好的半导体性能。根据金刚石的氮杂质含量和热...
金刚石是一种由碳元素组成的矿物,是碳元素的同素异形体。同时金刚石还是我们所说的钻石的原身,金刚石十分的坚硬,是自然界自然存在的*坚硬的物质。

一、稳定性

金刚石化学性质稳定,具有耐酸性和耐碱性,高温下不与浓HF、HCl、HNO3作用,只在Na2CO3、NaNO3、KNO3的熔融体中,或与K2Cr2O7和H2SO4的混合物一起煮沸时,表面会稍有氧化;在O2、CO、CO2、H、Cl、H2O、CH4的高温气体中腐蚀。

金刚石还具有非磁性、不佳导电性、亲油疏水性和摩擦生电性等。b型金刚石具良好的半导体性能。根据金刚石的氮杂质含量和热、电、光学性质的差异,可将金刚石分为Ⅰ型和Ⅱ型两类,并进一步细分为Ⅰa、Ⅰb、Ⅱa、Ⅱb四个亚类。Ⅰ型金刚石,特别是Ⅰa亚型,为常见的普通金刚石,约占天然金刚石总量的98%。Ⅰ型金刚石均含有一定数量的氮,具有较好的导热性、不佳导电性和较好的晶形。Ⅱ型金刚石极为罕见,含极少或几乎不含氮,具有良好的导热性和曲面晶体的特点。Ⅱb亚型金刚石具半导电性。由于Ⅱ型金刚石的性能优异,因此多用于空间技术和**工业。

世界上*大的工业用金刚石和宝石级金刚石都超过3100克拉(1克拉=200毫克)。其中宝石级金刚石的尺寸为10×6.5×5厘米,名叫“库利南”,1905年发现于南非的普雷米尔岩管。中国常林钻石,重158.786克拉,于1977年被山东临沭县常林大队女社员魏振芳发现,后列为世界名钻。世界金刚石主要产地有南非、澳大利亚、扎伊尔、博茨瓦纳、俄罗斯。

二、硬度

摩氏硬度10,新摩氏硬度15,显微硬度10000kg/mm2,显微硬度比石英高1000倍,比刚玉高150倍。金刚石硬度具有方向性,八面体晶面硬度大于菱形十二面体晶面硬度,菱形十二面体晶面硬度大于六面体晶面硬度。

依照摩氏硬度标准(Mohs hardness scale)共分10级,钻石(金刚石)为*上等第10级;如小刀其硬度约为5.5、铜币约为3.5至4、指甲约为2至3、玻璃硬度为6。

等级1滑石;等级2石膏;等级3方解石;等级4萤石;等级5磷灰石;等级6正长石;等级7石英;等级8黄玉;等级9刚玉;等级10钻石

把任何两种不同的矿物互相刻划,两者中必定会有一种受到损伤。有一种矿物,能够划伤其他一切矿物,却没有一种矿物能够划伤它,这就是金刚石。

金刚石为什么会有如此大的硬度呢?

直到18世纪后半叶,科学家才搞清楚了构成金刚石的“材料”。如前所述,早在公元1世纪的文献中就有了关于金刚石的记载,然而,在其后的1600多年中,人们始终不知道金刚石的成分是什么。

直到18世纪的70至90年代,才有法国化学家拉瓦锡(1743~1794)等人进行的在氧气中燃烧金刚石的实验,结果发现得到的是二氧化碳气体,即一种由氧和碳结合在一起的物质。这里的碳就来源于金刚石。终于,这些实验证明了组成金刚石的材料是碳。

知道了金刚石的成分是碳,仍然不能解释金刚石为什么有那样大的硬度。例如,制造铅笔芯的材料是石墨,成分也是碳,然而石墨却是一种比人的指甲还要软的矿物。金刚石和石墨这两种矿物为什么会如此不同?

这个问题,是在1913年才由英国的物理学家威廉·布拉格和他的儿子做出回答。布拉格父子用X射线观察金刚石,研究金刚石晶体内原子的排列方式。他们发现,在金刚石晶体内部,每一个碳原子都与周围的4个碳原子紧密结合,形成一种致密的三维结构。这是一种在其他矿物中都未曾见到过的特殊结构。而且,这种致密的结构,使得金刚石的密度为每立方厘米约3.5克,大约是石墨密度的1.5倍。正是这种致密的结构,使得金刚石具有*大的硬度。换句话说,金刚石是碳原子被挤压而形成的一种矿物。

三、颜色

金刚石有各种颜色,从无色到黑色都有,以无色的为特佳。它们可以是透明的,也可以是半透明或不透明。许多金刚石带些黄色,这主要是由于金刚石中含有杂质。金刚石的折射率非常高,色散性能也很强,这就是金刚石为什么会反射出五彩缤纷闪光的原因。金刚石在X射线照射下会发出蓝绿色荧光。金刚石原生矿仅产出于金伯利岩筒或少数钾镁煌斑岩中。金伯利岩等是它们的母岩,其他地方的金刚石都是被河流、冰川等搬运过去的。金刚石一般为粒状。如果将金刚石加热到1000℃时,它会缓慢地变成石墨。

中国也拥有制造金刚石的技术,但*大也不过0.2克拉。

引用亚洲宝石协会(GIG)报告:金刚石的化学成分为C,与石墨同是碳的同质多象变体。在矿物化学组成中,总含有Si、Mg、Al、Ca、Mn、Ni等元素,并常含有Na、B、Cu、Fe、Co、Cr、Ti、N等杂质元素,以及碳水化合物。

金刚石矿物晶体构造属等轴晶系同极键四面体型构造。碳原子位于四面体的角顶及中心,具有高度的对称性。单位晶胞中碳原子间以同极键相连结,距离为154pm。常见晶形有八面体、菱形十二面体、立方体、四面体和六八面体等。

金刚石的优良硬度是刚玉的4倍,石英的8倍。

金刚石的颜色取决于纯净程度、所含杂质元素的种类和含量,极纯净者无色,一般多呈不同程度的黄、褐、灰、绿、蓝、乳白和紫色等;纯净者透明,含杂质的半透明或不透明;在阴极射线、X射线和紫外线下,会发出不同的绿色、天蓝、紫色、黄绿色等色的荧光;在日光曝晒后至暗室内发淡青蓝色磷光;金刚光泽,少数油脂或金属光泽,高折射率,一般为2.40-2.48。

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