钻石与石墨的结构（钻石的原材料是石墨）

钻石和石墨都是由碳组成，为什么硬度差别那么大？

一是：结构组成不同，第二是：密度不同，最直接的影响就是密度了，一个物体的密度的大小关系着其莫氏硬度，比如说：中子星，它的密度就超级大，平均每立方厘米的重量都在好几百万吨以上，这就是密度大导致的，因此密度的大小是最直接的原因，希望我的回答能帮助你，祝你愉快，谢谢…

钻石、铅笔芯同是碳元素构成，差距咋就这么大？

你知道吗？我们生活中见到的钻石、玻璃刀头上镶的金刚石、铅笔芯、干电池中的石墨电极以及石墨烯材料，其实都是同一种元素构成的！有的读者一定会很诧异：“弄啥咧？ 接着忽悠……” 其实，在我们的化学课本中，就有一节《金刚石、石墨和C60 》的内容，为我们揭示了这个道理。透明的金刚石和灰色的石墨都是由碳元素组成的单质，但是由于原子的排列方式不同，因此它们的性质存在着极大的差异。

今天我们要解读的主角，就是有着 “宝石之王” 光环的钻石，它不仅坚硬无比、熠熠生辉，而且还拥有缤纷的色彩。下面，就和小编一起看看钻石的独特与神秘吧！

组成单一、硬度称霸

钻石，矿物名称为金刚石，也因其硬度被人戏称为“金刚钻”，是已知的宝石矿物中唯一由单质碳元素组成的晶体，具有硬度大、耐高温、不导电、不怕强酸和强碱腐蚀、化学性质稳定等特征。钻石是人们已知的最为坚硬的宝石，故有 “宝石之王” 的美誉。

钻石的矿物晶体

其实，组成单一的矿物还有很多，比如钻石还有一个“同族兄弟”——石墨，也就是我们平时最为熟悉的制作铅笔芯的材料。

石墨也是由单一的碳元素组成的矿物，但是石墨的硬度却远远低于钻石，这是为什么呢？其实，这跟矿物学上一种被称作同质多像的现象有关，即同种化学成分的物质在不同的物理化学条件（温度、压力、介质等）下，形成不同结构晶体的现象。这些不同结构的晶体，就被互称为该成分的同质多像变体。

钻石和石墨就是碳（C）的两种同质多像变体，二者具有完全不同的晶体结构。钻石中的碳原子以共价键相连接，形成立方面心格子的晶体结构；而石墨则具有典型的层状结构，不同的晶体结构，决定了这二者在硬度方面的天差地别。

坚硬无比、如何切磨

既然钻石如此坚硬，那么光华璀璨的钻石成品是怎么被切磨出来的呢？难道还有比钻石更为坚硬的矿物吗？答案就是：用钻石自己切磨自己。

自然界中，有些宝石的硬度依据刻划方向的不同而不同，在矿物学上，将这种现象称为差异硬度，其形成原因是矿物晶体结构的对称性和异向性，导致了矿物硬度的对称性和异向性。

简单来说，就是在钻石的晶体结构中，碳原子质点的排列方式和间距在互相平行的方向上是一致的，但在不相平行的方向上是有所差异的。因此，当沿着不同方向进行刻划时，晶体的硬度就表现出了一定的差异。

钻石是已知最硬的矿物，它的切磨和抛光就是利用了其自身差异硬度的性质，即用一颗钻石较硬的方向去切磨另外一颗钻石较软的方向，以此来将每一颗钻石原石切磨成璀璨的刻面成品。

璀璨火彩、来自何处

人们经常用流光溢彩、熠熠生辉、光芒四射来形容钻石。可是，钻石明明是无色的，为何可以看到浮动的光彩呢？ 其实，这些光彩都是钻石的火彩。

钻石璀璨的火彩

火彩，是指当白光照射到透明刻面宝石上时，因色散而使宝石呈现光谱色闪烁的现象。

那么，什么是色散呢？色散，就是一种复色光被分解成单色光的物理光学现象，日常大家最为常见的色散现象，就是雨后彩虹。钻石因具有很高的色散值，因此，当它被切磨成刻面琢型后，会发出明亮璀璨的火彩。

欣赏钻石的火彩，要从钻石的上表面（台面）往底部观察， 用灯光或阳光照明，顺着光线的方向，同时用手缓缓地转动钻石（注意不是翻转，而是始终将台面向上对着光源转动）。 一般切工较好的钻石，都可以看到美丽的火彩。

色彩缤纷、毫不单调

如果你认为钻石全部都是无色透明的，那就大错特错了，其实，钻石的世界缤纷多彩，我们常见的无色钻石，只是其中的冰山一角！

彩钻构成了钻石另一个独特的世界， 比起无色钻石， 颜色夺目的彩钻常常会令人眼前一亮，过目难忘。彩钻是指自然界中产出的带有色调的钻石，其颜色鲜艳， 品类繁多， 极其稀有。彩钻的种类繁多，有红色、粉红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、红紫色、紫色、棕色和黑色等。

彩钻颜色的成因主要有两个方面：一是由于微量元素氮（N）、硼（B）、氢（H）原子进入钻石的晶体结构之中而产生的颜色；二是由于晶体的塑性变形而使钻石产生位错、缺陷等情况， 因此它们对某的些光能吸收，从而呈现出不同的颜色。

彩钻的形成条件极为苛刻， 出产10万颗优质无色的钻石才有可能得到一颗罕见的彩钻， 可以说是产量极其稀少。在彩钻中，尤以红色钻石和绿色钻石最为罕见，而黄色钻石和棕色钻石则相对常见。

骨灰也可以变钻石，这是真的吗？

钻石不仅可以天然形成和产出，还能人工合成，特别是近年来出现的骨灰合成钻石技术，尤为令人瞩目。

骨灰钻石最早由俄罗斯和美国发明，是一种高科技人工合成钻石，是利用逝者身体中的碳(通常以骨灰为样本)所培育的“实验室合成钻石”。此种钻石合成技术，能满足那些觉得“墓地和骨灰盒过于呆板”的人对亲人的思念，这种“钻石”制成的“首饰”，可随身携带，非常方便。

深埋地下，如何重见天日？

钻石形成于数十亿年前的地幔之中，蕴藏于地底深处。埋藏如此之深的钻石晶体要破土而出、 重见天日，主要得益于火山喷发，熔岩流将含有钻石的岩浆带至地球的近地表，并附存在金伯利岩和钾镁煌斑岩中，形成钻石原生矿；或是在地表经过长途迁徙，沉淀于河流砂土之中，形成次生矿（砂矿）。

全世界钻石的主要产出国有南非、加拿大、博茨瓦纳、澳大利亚、安哥拉、巴西、俄罗斯等。 钻石经过人工的开采才得以被利用，但是其开采的过程往往也是十分漫长和艰难，需要矿工深入地下或在砂矿的水域不断淘洗砂石而得。

度量单位也与众不同

在平时的生活中，大家经常用到毫克（mg）、克（g）、千克（kg）等重量单位，但是钻石却有特殊的重量单位，叫作克拉，英文为carat，通常缩写成ct，也称作卡。

“克拉” 一词来源于地中海沿岸所产的一种洋槐树的名字，由于这种树的干果重量非常一致，每粒平均0.2克，误差很小，因此曾被当成宝石的重量单位。

后来，世界各国统一将克拉单位标准化，即1克拉=0.2克。钻石还有一个独有的百分制度量单位，叫作分，英文为point，通常缩写成pt，1克拉=100分。我们在生活中常常听到的30分钻石、50分钻石的说法，其实指的就是重量为0.3克拉、0.5克拉的钻石。

钻石与生俱来的魅力，使之闪烁着太多神秘的色彩。它正用自己无言的美，向我们诉说着大自然的神奇与奇妙。

（作者：出自《知识就是力量》杂志2016年8月刊《揭开钻石的神秘面纱》一文作者， 王欢）

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都是碳的晶体，为何钻石是透明的石墨不是呢？

钻石和石墨都完全由碳制成，最近发现的buckminsterfullerene（一种离散的足球状分子，含有60个碳原子）也完全由碳制成。但是，对于三种材料，碳原子在空间中的排列方式不同，这使它们成为碳的同素异形体。碳和钻石的不同特性来自其独特的晶体结构。 

在钻石中，碳原子是四面体排列的。每个碳原子与另外四个碳原子相连，距离为1.544×10-10米，C-C-C键角为109.5度。它是一个坚固的、刚性的三维结构，形成了一个无限的原子网络。由于其四面体结构，钻石表现为一种绝缘体，它的电阻、光透过率和化学惰性也十分显著，因此钻石是透明的。

石墨中的碳原子也排列成无限的阵列，但它们是分层的。这些原子之间有两种相互作用：每个碳原子与另外三个碳原子结合，排列在规则六边形网络的角上，形成120度的C-C-C键角。这些平面排列在两个维度上延伸，形成一个水平的六边形阵列；此外，这些平面阵列被称为叠加相互作用的弱力连接在一起，这种三维结构说明了石墨的物理性质。石墨的平面结构使电子在平面内容易移动，这使得石墨能够传导电、热、吸收光，因此与钻石不同，它的颜色是黑色的。

同时，由于钻石的内部结构和石墨的明显区别，使得钻石拥有强大的硬度、强度和耐用性，钻石的密度高于石墨（每立方厘米3.514克）。钻石也表现出很强的抗压性，它可以划伤其他所有的材料，是已知最硬的材料。此外，钻石能分散光线，这意味着红光和紫外光的折射率是不同的（分别为2.409和2.465）。因此，钻石就像一个棱镜，将白光分为彩虹色，其色散为0.056（差值）。色散越大，获得的颜色光谱越好。钻石的“光彩”来源于光的折射、内反射和色散。

石墨和钻石都是由碳分子构成的，石墨在什么情况下能变成钻石？

钻石是世界上最古老的宝石。它们经过很长时间的形成，在地球历史上的不同时期都存在。目前在矿区开采的大多数钻石都有40亿年左右的历史。那么，钻石真的需要那么长的时间来形成吗？事实上，钻石的形成需要温度和压力条件! 众所周知，石墨是在碳原子排列成六角形的蜂窝状时形成的，而钻石是在碳原子堆积成立方体时形成的。事实上，科学家已经能够通过高温高压的环境培育出大克拉的钻石，下面介绍如何利用石墨培育钻石。

在国外，科学家通过液压机将小克拉钻石培育成大克拉钻石，而需要的辅助材料就是石墨。小克拉钻石被包裹在石墨中，放在培育容器中。然后将容器放在液压机中进行生长，这只需要四天时间。在这四天结束时，可以将其取出，剥去培育容器和多余的石墨。在短短四天内，这颗小克拉的钻石的尺寸增加了两倍。这种培养出来的钻石在外观上与天然钻石没有任何变化，但在内部的子结构上会有一定的差异，只要在技术上鉴定一下就很容易分辨出来，所以不会成为造假的手段。在石墨转化为金刚石的过程中，虽然石墨中的碳原子没有变化，但原子之间的键却发生了变化，材料中碳原子的排列也发生了变化。

一些原来的原子键被打破，一些核心原子键被重新建立，这种转变需要巨大的能量。钻石不仅仅是装饰品。它们有许多用途。钻石就是 “金刚钻”，是一种碳素矿物，是地球上最坚硬的物质，所以它可以用于工艺品和工业切割，具有重要作用。

可以说，锦江区是一个芯片制造行业。刘志攀是这个领域的领军人物。作为复旦化学系的 “带头人”，刘志攀参与解决了将石墨转化为金刚石的问题。目前，世界上已经有十多个国家合成了金刚石。在智能制造加速发展的今天，谁能最快掌握精密技术，才能在国际科技竞争中胜出。

碳，石墨和钻石的原子组成相同吗

石墨和钻石的化学成分都是一样的由单质碳组成。

由于形成的温度、压力、环境不同导致结构的不同。

钻石与石墨的结构如下：

钻石是等轴晶系，具六方面心格子，C原子位于立方体角顶和面的中心以及其中4个相同排列的小立方体的中心。C原子配位数为4，具四面体状的SP3型共价键（C-C间距为0.154nm）。最硬的矿物，是石英的1000倍。

石墨属于六方晶系，晶体结构与钻石不同，具典型的层状结构，每层碳原子呈六方环状排列，层内碳原子以共价键-金属键相结合，层与层之间以分子键结合。石墨属于导体，属于最软的矿物之一。

钻石与石墨的化学符号是什么?他们是同中物质吗

他们的化学符号都是c,由于二者在结构上不同,石墨是层状结构,每一层碳原子呈平面六边形分布;钻石是空间立体结构导致二者的性质也不同,如:石墨手感光滑,可以导电…而钻石则不导电,硬度非常大,二者互称为同素异形体即由同种元素构成的性质不同的单质间的互称,故他们不是同一种物质.