矿物全世界4200多种矿物质中，钻石为什么是最坚硬的？( 二 )

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1913年，英国物理学家威廉·布拉格父子找到了答案。小布拉格通过χ射线观察，结果发现钻石内部各碳原子紧密地与邻近的4个碳原子形成共价键立方晶系。这样的状态在其他矿物里是看不到的。况且其密度是每立方厘米3.5克，相当于石墨的1.5倍。正是这个致密的结构成就了钻石的高硬度。

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以碳或太古的浮游生物为原料
碳是司空见惯的元素。动植物自不必说，就连空气中也存在。当然，我们身体中也有碳原子，人体物质中的18%都是由碳构成的。
实际上，尽管碳是常见元素之一，但它在地球内部的蕴藏量并不多。地球内部的化学组成是以太阳的光谱分析或落到地球上的陨石等来进行推测的。根据这样的分析，镁、硅、氧、铁这四种元素在地球上所占比例近95%，加上铝、钾等，占整个质量的99%，而剩下的1%才是包含碳在内的其他所有元素。
再者，越是重元素越有集中靠近地球中心的倾向。像碳那样比较轻的元素则集中在地表附近，地下几乎不存在。专家认为：“46亿年前，从地球诞生时起，地球内部只有一点点碳，而它们却是构成许多钻石的原材料。”
另一方面，通过同位素分析，查明极少部分钻石材料是有机物的碳。即数亿年到几十亿年前，沉积在海底的动植物浮游生物的尸骸（有机物）

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借着板块运动有可能从俯冲带钻入地球内部，它们历尽沧桑，久而久之，便成为钻石。
总之，地球中碳的含量是极微量的，或许这个极微量与钻石的稀少有关亦未可知。
钻石在地下150至250千米处诞生
钻石是在地球内部何处构成的呢？这个疑问与其硬度有密切关系。众所周知，地球内部越深则压力和温度越高。例如深30千米附近的温度是数百摄氏度，压力超过1万个大气压，如果深100千米，则变为温度1000℃、3万个大气压。

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因此，自19世纪起，人们就开始将与钻石同样的由碳构成的矿物石墨放在高温、高压的条件下进行人工合成钻石的实验。1880年，苏格兰的矿物学家詹姆斯·哈尼利用化学药品反应所产生的热与压力的方法合成钻石；19世纪90年代，法国化学家费尔南多·费德利克·姆瓦桑（获1909年诺贝尔化学奖）等人用溶解碳的铁骤冷的方法尝试合成钻石。上述实验中，由于哈尼的这一做法不能构成结晶，而姆瓦桑的实验因有杂物混入，结果均以失败告终。
20世纪50年代，瑞典的ASEA公司与美国的通用公司相继开发出了稳定加高压增热的装置，成功地取得人工合成钻石。据说那时使用的是54000大气压的超高压和1400℃的超高温。而且通过这些实验数据，查明了钻石的出生地。
所谓“5万个大气压的超高压”，即相当于150千米的地下深处。这样我们清楚了钻石大都是在地下150~250千米的地幔内形成的。但是并非地幔内的碳皆可变成钻石，这是因为地下的碳很少，仅以碳原子的形式存在。由于这些碳原子是与构成地幔矿物中的其他元素结合在一起，所以单凭深度并不能形成钻石。专家认为：除了深度外，还须加上碳单独存在的特殊条件才能诞生钻石。当然，这一特殊条件是否属实仍是正在研究的课题，眼下还不完全清楚。
煤或陨石中也有钻石
在巴西等无岩浆的地方，我们将从煤中提取的黑钻石称为“黑金刚石”。它是由纳米尺寸的微小钻石集在一起的，平均重量是1克拉，最大的是230克拉。那么，这种奇妙的钻石是怎样构成的呢？

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