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宝石之王——钻石

2016-04-26 07:50  来源: 科普中国

在自然界,有一种矿物叫做“金刚石”。大部分的金刚石是黑色不透明,或者有很多裂纹包裹体,只有小部分金刚石透明若水,达到了作为宝石原料的要求,叫做宝石金刚石。经过琢磨加工的宝石金刚石,就是女性们梦寐以求的宝石之王——钻石。宝石金刚石之所以这样珍贵,是由于它不仅特别稀少,而且具备宝石所应有的一切条件。

金刚石的化学性质非常稳定,这是它作为宝石的一优越条件。金刚石的化学成分是碳,与石墨、煤的化学成分一样,但由于金刚石的结构与它们不同,非常稳定(如图1),使得性质有何大差异。在空气中,金刚石并不像煤那样容易燃烧,必须达到850~1000℃的高温才能燃烧,形成二氧化碳而毫无残渣。金刚石不仅在空气中稳定,强酸强碱也不能腐蚀它,甚至将金刚石放在酸碱溶液中煮沸,它也丝毫不变。因此,当采到的宝石金刚石表面附有杂质时,不用机械方法清除,以免损害宝石,这时可以用强酸或强碱长时间浸泡,溶去杂质,而金刚石毫不受损。

 

图1

 

金刚石是世界上最硬的物质。它可以刻划任何东西,包括坚硬的玉石。因此,宝石金刚石加工成的钻石坚固耐久,永远闪光发亮而不变,因为它的磨光表面不会被划伤或磨光。必须注意的是,金刚石虽然很硬,但却非常脆,容易被打碎,这一点是很多人所不了解的,因此在加工琢磨及佩戴钻石首饰时,都必须当心。

高的折射率是使金刚石成为极珍贵宝石的另一个原因。金刚石的折射率高达2.4左右,这几乎是世界上透明物质中折射率最高的。物质反光能力随折射率的增高而增大,因此,钻石的磨光表面能大量反射外界光线。按照现代科学设计的型式磨制出的钻石,能把表面上及射入内部的光全部反射出去,使整个钻石闪烁着耀眼的光芒。由于射到钻石上的光全部都被反射出来,钻石看起来像镀银似的(如图2),几乎看不出是透明的。

 

图2

 

金刚石的色散很大,即对于不同波长的色光,折射率的差别很大。由图4可以看到,一束白光射入琢磨好的钻石中时,因折射率不同,长波的红光和短波的蓝光会分开,经两次内部反射透出钻石时,红光和蓝光就离得很远。由于这种色散现象,使钻石呈现五颜六色的闪光,显得异常美观。

金刚石在生长过程中,因含有不同化学微量元素,导致晶体内部结构变形,从而使钻石呈现不同颜色(如图3)。比如,当氮原子取代钻石晶体中的某些碳原子时(每一百万个碳原子中,有一百个被取代),开始吸收蓝,紫色光线,因而使钻石呈现黄色;钻石在形成过程中,吸收微量硼元素,钻石便显天蓝色;在晶体形成过程中,晶格结构扭曲,而使钻石呈现红色;当晶体受到自然辐射,晶格结构发生改变,从而使钻石呈现绿色。这些有颜色的钻石又称为彩钻,因为颜色罕有,价值不菲。

 

图3

 

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作者: 北京80中 罗静卿   [责任编辑: 范作言]

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