第一节 钻石的基本特征
一、钻石的化学成分和分类
1.钻石的化学成分
钻石的化学成分主要是碳（C），常含有各种杂质和包裹体，其中氮（N）和硼（B）是最重要的微量杂质元素，它们的含量和存在形式，会直接影响钻石的光学、电学和热学等物理性质。
钻石中最主要的微量杂质元素是氮（N），氮（N）以类质同象形式替代碳（C）而进入钻石的晶格，其含量可在很宽的范围内变化，并可在钻石的结构中，形成各种缺陷中心和色心，使钻石带有深浅不同的黄色调。其次的微量杂质元素是硼（B），也是以类质同象形式替代碳（C）而进入钻石的晶格，硼（B）元素的存在，使得钻石呈现蓝色，并使钻石呈现出半导体的性质。因此，氮（N）和硼（B）原子的含量和存在形式，成为钻石分类的基本依据。
2.钻石的分类
根据钻石的化学成分中是否含氮（N），可将钻石分为Ⅰ型钻石和Ⅱ型钻石。再根据氮（N）原子在晶格中，存在的不同形式及特征，进一步划分为Ⅰa型和Ⅰb型；根据钻石化学成分中是否含硼（B），可将钻石分为Ⅱa型和Ⅱb型，见表2-1。
表2-1 钻石类型划分及特征
二、钻石的物理性质
1.颜色
根据钻石颜色的特点，可将钻石的颜色总体上分为两大类，即：无色系列钻石和彩色系列钻石。
（1）无色系列（又称开普系列）钻石 包括无色至浅黄、浅褐、浅灰色等色调的钻石。其中，最普遍的是带黄色调的钻石，主要是由于其中含微量的氮（N）元素所致，自然界产出的绝大多数钻石属此系列（图2-1，图2-2）。
图2-1 无色至浅黄色钻石
图2-2 世界第二大钻石原石（2015年发现于博茨瓦纳，重1111ct）
（2）彩色系列钻石 钻石的颜色呈黄色、金黄色、褐色、红色、粉红色、紫红色、蓝色、绿色等（图2-3～图2-8）。大多数彩色钻石，颜色发暗，呈现强-中等彩度的颜色鲜艳的彩色钻石是非常稀少的。彩色钻石的颜色成因，主要包括以下几个方面：其一，是由于少量杂质元素，氮（N）、硼（B）和氢（H）原子进入钻石的晶格中，形成各种色心所引起；其二，是由于钻石在高温、高压环境条件下形成的，在钻石形成过程中，晶体产生塑性变形使钻石内部结构产生位错和缺陷，从而吸收某些波长的可见光，从而使钻石产生颜色；其三，是在钻石形成之后，在漫长的地质年代中，由于周围环境中存在的放射性元素的辐射，使钻石的晶体结构产生损伤，从而使钻石产生颜色。所以，可能使钻石产生颜色的原因是多样的。
图2-3 黄色钻石
图2-4 粉红色钻石
图2-5 褐色钻石
图2-6 紫红色钻石
图2-7 蓝色钻石
图2-8 绿色钻石
2.折射率和光泽
钻石具有高的折射率，在所有的透明宝石中是最高的，其折射率值为2.417。钻石属于等轴晶系，为均质体，但由于内部应力的作用，常可使钻石产生异常双折射现象。
钻石的表面具有很强的反光能力，呈现典型的金刚光泽。
3.色散
当白光进入钻石，并在钻石内部传播时，由于不同波长的光在钻石中的折射率不同，白光就会折射成在微小角度范围内依次散布的红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光，这种现象称为钻石的色散（图2-9）。钻石的色散值通常以B线（686.7nm）和G线（430.8nm）在钻石中的折射率的差值表示，钻石具有高的色散值为0.044。由于钻石具有高的折射率和色散值，使得按照一定比例和角度琢磨抛光后的钻石表面，呈现出五颜六色的晶莹似火的光学效应，俗称“火彩”（图2-10）。
图2-9 钻石的色散示意图
图2-10 钻石的火彩
4.发光性
钻石在外加能量激发下，可以发出可见光的现象称为钻石的发光性。钻石在紫外光照射下，不同的钻石，其发出的荧光强度和颜色往往是不一样的。有些钻石是惰性的（即不发光），有些钻石却可以发出深浅不一的蓝色、蓝白色、黄色、黄绿色、橙黄色、橙红色、粉红色的荧光。有些钻石还可发出磷光。Ⅰ型钻石以蓝白色-浅蓝色荧光为主，Ⅱ型钻石以黄色、黄绿色荧光为主。钻石的紫外荧光现象，可以用来快速鉴定颗粒较小的群镶钻石和仿钻制品。
在X射线和高能电子束的激发下，几乎所有的钻石都可以发出蓝白色荧光。根据这一特性，X射线通常被广泛应用于钻石的选矿。钻石在阴极射线下的发光现象，可用于鉴别钻石是天然钻石，还是合成钻石。
5.吸收光谱
无色-浅黄色系列的钻石，在紫区415.5nm处有一吸收谱线。褐色系列钻石，在绿区504nm处有一吸收谱线。有的钻石可能同时具有415.5nm和504nm处的两条吸收线。
6.钻石的其他物理性质
钻石是自然界中最硬的物质，摩氏硬度（H）为10，具有极强的抵抗外来刻划、压入和研磨等机械作用力的能力。硬度是防磨损的指标，愈硬的宝石，表面愈不易磨损，切磨后的效果也愈佳。因为钻石具有特别大的硬度和高的色散值，按一定的比例和角度切磨后，具有耀眼的“出火”现象，故有“宝石之王”的美誉。
钻石的传热能力很强，是所有非金属类宝石中最高的。也就是说，钻石的传热速度是非常快的，当手触摸到钻石时，有冰冷的感觉。人们利用钻石的这个特性，制造出了专门用于检测钻石的仪器——热导仪。
钻石的相对密度为3.52，由于其成分单一，故其相对密度较为稳定。钻石虽然是自然界中最硬的物质，但它具有解理且性很脆，受重击后容易产生裂纹甚至破碎。
三、钻石的化学性质
钻石的化学成分为碳，是自然界中惟一的由单元素组成的宝石。具有非常稳定的化学性质，无论是强酸或强碱，都不能腐蚀它，即使把钻石放在酸、碱溶液中煮，也不会发生任何变化，所以人们用钻石镶嵌制作结婚戒指，表示爱情的坚贞与永恒。
钻石虽然有很高的熔点，但在大气中若将钻石加热至700～900℃，钻石就会出现燃烧现象，部分钻石会出现焦痕，这是组成钻石的碳，开始转化成二氧化碳或一氧化碳的缘故。当加热到1700℃时，钻石就会迅速碳化。自然光及各种人造光源照射在钻石上，对钻石不会产生任何影响。