化學組成C。其微量元素N和B是金剛石分類的主要依據:N含量大於0.001%者為Ⅰ型,小於0.001%者為Ⅱ型;Ⅰ型金剛石按N的賦存狀態分為Ⅰa型(N原子沿{100}聚集成片狀分布)和Ⅰb型(N原子置換C原子並出現壹個未配對電子旋轉於C—N鍵之間);Ⅱ型金剛石按是否含B分為Ⅱa型(不含B)和Ⅱb型(含B);N分布不均勻時構成混合型。約98%的天然金剛石屬Ⅰa型。紅外光譜是鑒別金剛石類型的主要方法。
晶體結構等軸晶系;金剛石型結構(圖15-13);空間群 Fd3m;a0=0.356nm;Z=8。
圖15-13 金剛石型結構
碳原子分布於立方晶胞的8個角頂、6個面心和晶胞所分8個小立方體的4個相間的小立方體中心;碳原子以***價鍵與周圍的另外4個碳原子相連,鍵角109°28′16″,形成四面體配位;平行{111}面網密度大,間距也大
圖15-14 金剛石晶體
o—八面體;d—菱形十二面體;a—立方體
形態對稱型m3m;多呈渾圓狀八面體和菱形十二面體單晶,可見八面體、菱形十二面體與立方體、四六面體成聚形(圖15-14)。
物理性質無色透明,常因含微量元素而呈不同色調:含Cr呈天藍色,含Al呈黃色,還可有褐、灰、白、綠、紅、紫等色調,含石墨包裹體者呈黑色;晶面金剛石光澤,斷口油脂光澤;經日光暴曬後置暗室發淡青藍色磷光。解理{111}中等、{110}不完全。硬度10(顯微硬度比石英高1000倍,比剛玉高150倍),八面體晶面的硬度>菱形十二面體晶面的硬度>立方體晶面的硬度。相對密度3.52。性脆,抗磨性強。不導電。導熱性好,室溫下其熱導率是銅的5倍。熔點高達4000℃,空氣中燃燒溫度為850~1000℃。疏水而親油。
成因產狀產於金伯利巖、鉀鎂煌斑巖及榴輝巖中,為高溫高壓產物。著名產地有南非、紮伊爾、前蘇聯雅庫特等。我國有山東、遼寧、貴州等地。
鑒定特征渾圓粒狀,金剛光澤,硬度10,暴曬後置暗室發淡青藍色磷光。
主要用途金剛石的用途十分廣泛:利用寶石級金剛石光彩誘人的色澤和極高的硬度琢磨成“鉆石”;利用其高硬度制作儀表軸承、玻璃刀、表鑲鉆頭;利用其高導熱性制作微波器和激光器的散熱片;利用其優良的紅外線穿透性制造衛星和高功率激光器的紅外窗口;利用其半導體性能制作整流器、三極管,等等。
思考題及習題
1)以自然金或自然鉑為例,說明自然金屬元素礦物的晶體化學特征與其形態、物性的關系。
2)為什麽金剛石和石墨同為單質碳的礦物,但形態、物性截然不同?
3)從石墨的結構特點解釋其物性。
4)試舉幾種混晶礦物並分析其組成元素的占位特點。
5)自然元素這壹大類中,哪些礦物能在河流沈積物中保存並富集?它們各自有什麽特點?
6)強金屬鉀、鈉等為何不易形成自然元素礦物?