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钻石为什么能那么硬

发布时间: 2023-11-03 05:14:39

‘壹’ 钻石为何如此坚硬

你也许不曾想到,黑色的石墨和亮闪闪的金刚石其实是由同一种元素——碳构成的,只是它们的外表和性质大不相同。
石墨的质地非常软,只要在纸上轻轻一划,就会留下灰黑色的痕迹,铅笔芯就是用石墨制造的。金刚石是所有自然物质中硬度最高的:人们用镶着金刚石的刀来切割玻璃,无不“迎刃而解”;钻探机的钻头上镶着金刚石,能大大加快向地下钻进的速度;金刚石还能用来加工各种硬度较高的金属。
石墨和金刚石都是碳元素构成的,为什么它们的性质相差如此悬殊呢?
原来,石墨中的碳原子是成层排列的,每层原子之间的A合力很小,就像一副叠起来的扑克牌,很容易滑动、散开。而金刚石中的碳原子是整齐排列的立体结构,每个碳原子都紧密地与其他4个碳原子连接,构成一个牢固的结晶体,因而显得特别坚硬。
天然金刚石的产量很少,只有在非常高的温度和巨大的压力之下,地下熔岩里的碳才有可能形成金刚石。由于它产量少、价格贵,人们往往会利用高温高压来合成人造金刚石。

‘贰’ 钻石只是由常见的碳元素构成的,为什么却这么坚硬

除了碳元素,还有高压环境,才能形成金刚石。这样硬的原因就是因为金刚石的物理结构是正四面体,里面的原子都是规规矩矩的排列,经过高压高温留下了大量的能量,这些能量使得金刚石的硬度非常大。

元素只是一个基本,还有形态,碳元素存在于各种自然物体中,生物仅仅是其中一种,还有非生命的钻石还是具有稀缺性的,起码他最硬主要是碳原子组成,但是它的排列形式是不一样的,一般的煤炭中碳原子排列形式和钻石有很大的区别的,就好比相同的木头做成不同形状的模型,它们的承重能力也不一样。由于钻石的碳原子结构形式更加稳定,所以它的硬度会更大。而且碳原子也并不一定就产生在植物中呀,其实早就发现外太空也存在含碳陨石,但不代表这个陨石上就长过植物呀。

‘叁’ 钻石为什么坚硬,是因为元素排列的原因吗

因为钻石具有独特的内部结构。

钻石象征着高贵的身份和地位。只知钻石稀有,不知钻石的本质。1772年,瓦锡将钻石加热燃烧,成功测得燃烧后的产物有水和二氧化碳,至此钻石的面纱被人类揭开。

目前为止,金伯利岩矿脉分布在南非和俄罗斯以及中国等少数国家,以南非着名,“库利南钻石”重达3106克拉。

钻石坚硬,什么工具才能切割和加工?可能不信,加工钻石要比加工其它矿石要相容易。在200年前,钻石工匠利用经验判断钻石纹路,然后劈开。

‘肆’ 为什么钻石最坚硬

钻石的硬度如此之大,和它们内部的原子分布有着直接的关系,原子排布的越致密,物质的硬度就越大。
其实钻石内部也没什么特别的东西,就只是一堆碳原子而已,碳原子是自然界中非常常见的原子。石墨里面也都是这样的碳原子,如果从微观上来说,钻石和石墨简直就是亲得不能再亲的兄弟俩。
但是石墨是什么东西?我们写字的铅笔里含有很多的石墨,石墨是一种非常柔软的物质,比我们的指甲还要软,大家都是碳原子构成的物质,怎么就差这么多呢?
石墨和钻石之所以差别这么大,都是因为内部碳原子的站位问题。我们知道,在平面结构中,最稳定的形状就是三角形,但是在三维立体结构中,最稳定的结构当属钻石中碳原子的排列分布。
钻石内部的每个碳原子周围都有4个碳原子和它手拉着手紧紧地靠在一起,这样致密的三维结构是自然界中任何一种物质都比不上的。
钻石的密度可达每立方厘米3.5克,这可是石墨的1.5倍,比起石墨来,钻石内部的“原子平均占地面积”可谓非常紧张。
地方不够,结构来凑,正是如此,被挤得满满当当的碳原子才缔造出了自然界最硬的物质。
有压力才有动力,钻石的硬度可以说都是被挤出来的。
不过硬度大不代表强度也大啊!钻石只是不容易划出痕迹而已,它们掉地上一样会碎,它们也一样会被切割成不同的形状。

‘伍’ 钻石那么硬到底是如何形成的

钻石也被称为金刚石,是世界上最坚硬的天然物质,摩氏硬度达到了10。
首先,化学方面分析,钻石基本上成分就是碳。从试验中对于晶苞的分析,钻石就是由碳原子六合形成的整体,强度大,是因为采用了与一般的煤炭等排列不同的,也是晶体代表,钻石具有固定的熔点,简单的分析钻石,钻石的形成的生成其实是在地球深处,高压、高热条件下生成的。
其次,钻石的运动,在地壳以下形成之后,钻石要经过火山熔岩的运动被带到地面上来,比较有名的就是***岩石,很多岩石里面就包含着天然的金刚石。钻石因为后续的运动、先天的排列,主要有常见的圆形、椭圆形、心形等,其中圆钻是很常见的,也是销售市场相当多的。
再者,钻石的形成是地壳内部高温高压的作用,人工钻石的研究有数十年的时间,但是高爆状态下产生的钻石是无法与天然钻石相媲美的,一般都是用于工业生产的方面。根据科学家的研究,世界矿山各处的钻石大约都在33亿年前形成,说明了时代的久远。
挑选钻石时,评定品质高低的标准是4C(克拉重、净度、颜色、切工),钻石世家以创新的“星芒切工”明亮式切割的“极慕之星”八边形钻石,其八边形轮廓与八个风筝面、清晰可见的八心八箭,形成独有的三芒汇聚,呈现360°全景璀璨。现在加入钻石世家时光银行,每年为你留存一分钻,最长可达六十年……

‘陆’ 化学问题 从结构上来回答钻石为什么硬

是稳定的四面体结构。
在钻石晶体中,碳原子按四面体成键方式互相连接,组成无限的三维骨架,是典型的原子晶体。每个碳原子都以SP3杂化轨道与另外4个碳原子形成共价键,构成正四面体。由于钻石中的C-C键很强,所以所有的价电子都参与了共价键的形成,没有自由电子,所以钻石不仅硬度大,熔点极高,而且不导电。

结构图片见参考资料。

‘柒’ 为什么说钻石是最坚固的

因为钻石的物理硬度是最高的。

依照摩氏硬度标准(Mohs hardness scale)共分10级,钻石(金刚石)为最高级第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。

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。


(7)钻石为什么能那么硬扩展阅读:

钻石的结构性质

金刚石结构分为;等轴晶系四面六面体立方体与六方晶系钻石。

在钻石晶体中,碳原子按四面体成键方式互相连接,组成无限的三维骨架,是典型的原子晶体。每个碳原子都以SP3杂化轨道与另外4个碳原子形成共价键,构成正四面体。

由于钻石中的C-C键很强,所以所有的价电子都参与了共价键的形成,没有自由电子,所以钻石不仅硬度大,熔点极高,而且不导电。在工业上,钻石主要用于制造钻探用的探头和磨削工具,形状完整的还用于制造手饰等高档装饰品,其价格十分昂贵。

‘捌’ 是什么原因使钻石那么坚硬的

现代科学技术 、手段为探索钻石的形成提供了新思路和方法。钻石是世界上最坚硬的、成份最简单的宝石,它是由碳元素组成的、具立方结构的天然晶体。其成份与我们常见的煤、铅笔芯及糖的成份基本相同,碳元素在较高的温度、压力下,结晶形成石墨(黑色),而在高温、极高气压及还原环境(通常来说就是一种缺氧的环境)中则结晶为珍贵的钻石(白色)。