金刚石(Diamond)

【化学组成】C。其微量元素N和B是金刚石分类的主要依据：N含量大于0.001%者为Ⅰ型，小于0.001%者为Ⅱ型；Ⅰ型金刚石按N的赋存状态分为Ⅰa型（N原子沿｛100｝聚集成片状分布）和Ⅰb型（N原子置换C原子并出现一个未配对电子旋转于C―N键之间）；Ⅱ型金刚石按是否含B分为Ⅱa型（不含B）和Ⅱb型（含B）；N分布不均匀时构成混合型。约98%的天然金刚石属Ⅰa型。红外光谱是鉴别金刚石类型的主要方法。
【晶体结构】等轴晶系；金刚石型结构（图15-13）；空间群
Fd3m；a0=0.356nm；Z=8。


图15-13 金刚石型结构
碳原子分布于立方晶胞的8个角顶、6个面心和晶胞所分8个小立方体的4个相间的小立方体中心；碳原子以共价键与周围的另外4个碳原子相连，键角109°28′16″，形成四面体配位；平行｛111｝面网密度大，间距也大


图15-14 金刚石晶体
o―八面体；d―菱形十二面体；a―立方体
【形态】对称型m3m；多呈浑圆状八面体和菱形十二面体单晶，可见八面体、菱形十二面体与立方体、四六面体成聚形（图15-14）。
【物理性质】无色透明，常因含微量元素而呈不同色调：含Cr呈天蓝色，含Al呈黄色，还可有褐、灰、白、绿、红、紫等色调，含石墨包裹体者呈黑色；晶面金刚石光泽，断口油脂光泽；经日光暴晒后置暗室发淡青蓝色磷光。解理｛111｝中等、｛110｝不完全。硬度10（显微硬度比石英高1000倍，比刚玉高150倍），八面体晶面的硬度＞菱形十二面体晶面的硬度＞立方体晶面的硬度。相对密度3.52。性脆，抗磨性强。不导电。导热性好，室温下其热导率是铜的5倍。熔点高达4000℃，空气中燃烧温度为850～1000℃。疏水而亲油。
【成因产状】产于金伯利岩、钾镁煌斑岩及榴辉岩中，为高温高压产物。著名产地有南非、扎伊尔、前苏联雅库特等。我国有山东、辽宁、贵州等地。
【鉴定特征】浑圆粒状，金刚光泽，硬度10，暴晒后置暗室发淡青蓝色磷光。
【主要用途】金刚石的用途十分广泛：利用宝石级金刚石光彩诱人的色泽和极高的硬度琢磨成“钻石”；利用其高硬度制作仪表轴承、玻璃刀、表镶钻头；利用其高导热性制作微波器和激光器的散热片；利用其优良的红外线穿透性制造卫星和高功率激光器的红外窗口；利用其半导体性能制作整流器、三极管，等等。
思考题及习题
1）以自然金或自然铂为例，说明自然金属元素矿物的晶体化学特征与其形态、物性的关系。
2）为什么金刚石和石墨同为单质碳的矿物，但形态、物性截然不同？
3）从石墨的结构特点解释其物性。
4）试举几种混晶矿物并分析其组成元素的占位特点。
5）自然元素这一大类中，哪些矿物能在河流沉积物中保存并富集？它们各自有什么特点？
6）强金属钾、钠等为何不易形成自然元素矿物？