石墨鑽石

原子排列 決定形態硬度 石墨鑽石 同「碳」唔同命

1. 鑽石本身是由碳原子組成，跟製成鉛筆芯的黑色石墨一樣，為什麼同樣是碳原子，兩者之間卻有天淵之別？
2. 世上物質都是由原子（atom）組成，原子的排列方式和結構會影響物質的特性。同樣的碳（carbon）原料，可以鑽石的形態存在，像玻璃一樣完全透明，具有高度反射、折射率；但同時間也有燒烤用的木炭或鉛筆芯中的黑色石墨形態，這其實都跟碳原子的特別排列方式有關。
3. 在碳原子結構中，外圍有4粒電子（electron）；而碳原子有一個特性，就是希望外圍集齊8粒電子，這樣它們會趨向穩定。為了滿足集齊8粒電子的願望，碳原子之間會以不同方法分享電子。
4. 在鑽石形態中，每顆碳原子會連結另外4顆碳原子，每顆碳原子外圍的4粒電子，會跟旁邊碳原子的電子組成共價鍵（covalent bond），碳原子會互相「分享」共價鍵內的電子，那樣每個碳原子「看起來」便有8顆外圍電子了。共價鍵是十分強力的連結，如果要將鑽石打散，便要同時斬斷碳原子跟另外4粒原子之間的共價鍵，那是相當困難，這也是為何鑽石能成為自然界中最硬物料的原因。
5. 同樣由碳原子組成的石墨，每顆碳原子卻只會跟另外3顆原子組成共價鍵，形成一層層平面的蜂巢六角形網狀結構；而同時間每顆碳原子也將其第4粒電子「捐出來」，形成一個電子海（sea of electrons），由所有碳原子一同分享這些電子，令大家「自我感覺」有8粒電子。每層網狀結構之間由范德華力（Van der Waals force）維繫，來自分子之間的相互作用力，相比起共價鍵的力量則薄弱得多，所以當遇到摩擦時，一層層的石墨結構會輕易剝落，這正是石墨可以用作鉛筆芯書寫的原因。
6. 鑽石和石墨都是碳原子，但如何形成？天然鑽石於非常高的溫度和壓力環境下形成。通常發生在地幔的有限區域，距離地表以下約150至180公里，溫度至少為攝氏1050度；石墨則會在相對低溫低壓的情况下成形。除了較為人熟悉的鑽石和石墨，碳原子其實還有很多種不同形態，例如呈球狀的碳60（由60粒碳原子組成的球狀結構）和管狀的Carbon Nanotubes納米碳管，因為碳原子排列的分別，各有不同特性，在科技上也有不同應用，例如納米碳管可作為模具，內部填充金屬、氧化物等物質後再把碳層腐蝕掉，就可以製作出最細的納米尺度的導線，置於矽晶片上製作複雜的電路。
7. 結構變形、化學微量元素 呈現不同色彩。在天然鑽石生成過程中，如遇到高壓高溫，鑽石結構會因為變形而出現偏粉紅、紅、啡的色調。經加熱的啡色鑽石可變回粉紅色，但相比原本的粉紅色鑽石沒那麼值錢，道理如大家也喜歡無化妝無加工的靚女多啲一樣。
8. 熒光反應影響彩鑽價值。至於偏黃、偏藍，則是鑽石內部的碳原子被取代而成。因為不同分子的電子，帶有的能量也有分別，能量以電磁波的方式出現，當電磁波落在可見光的波幅範圍，便會影響分子的顏色。偏綠色的鑽石是碳原子被外來輻射打走了電子，靠着吸光而穩定結構；其他顏色的鑽石則是由以上種類組合而成。
9. 我們看鑽石，經常會提到4C，Colour顏色、Clarity淨度、Cut切割和Carat卡數。其實還有一個特點值得大家留意——Fluorescence熒光反應。熒光反應是鑽石在生成過程中受到地殼的天然輻射影響，在紫外線下會發出特定顏色的光。熒光一般也是藍色調，所以對於顏色等級愈白的鑽石來說，會讓鑽石看起來較不透亮不透明，甚至會帶點霧氣的朦朧感；但如果鑽石本身的顏色等級偏黃，熒光反應會令鑽石看起來較白。所以熒光反應對鑽石來說的影響不能一概而論。對於不少彩色鑽石來說，熒光反應能讓鑽色更嬌艷，價值更高。

小知識：特定角度 堅硬鑽石切得開

    鑽石是最硬最耐磨耐刮的物質，那為什麼坊間買來的鑽石，每顆都能夠切割得如此完美？

    其實跟鑽石中碳原子的排列方式有關。鑽石中每顆碳原子之間的共價鍵排列方向非常整齊，只要在特定角度切斷其中一條碳原子之間的連繫，相同方向的碳原子的共價鍵也能夠整齊斷開。

小知識：紅、綠寶石 不同礦物家族

    紅寶石和藍寶石的主要成分同樣是氧化鋁(Al2O3)，原為透明或白色。紅寶石的紅色來自鉻（Cr），主要為氧化鉻（Cr2O3），含量一般為0.1%至3%，藍寶石的藍色則是由當中混有的小量鈦（Ti）和鐵（Fe）雜質所致。綠寶石屬於另一家族——鈹-鋁矽酸鹽礦物（Be3Al2（SiO3）6），它的幾個變種顏色不一，有淡藍（海藍寶石）、深綠（祖母綠）、金黃（金綠柱石）、粉紅（銫綠柱石）等多個品種，綠寶石一般為六方柱形晶體。

小知識：藍寶石未必是藍色

    很多人以為藍寶石就是藍色，其實「藍寶石」只是統稱，是除了正紅色之外其餘顏色的寶石級剛玉。當中，一種被喚為「帕帕拉恰」（Padparadscha）的彩色藍寶石最為珍貴。帕帕拉恰源於產地斯里蘭卡的當地土著語，是一種紅蓮花的顏色，呈現出從粉紅到橙的過渡顏色。粉橙蓮花色彩非常罕見，所以帕帕拉恰亦有「帝王藍寶石」這個美譽。