3 钻石的结构及晶体特征演示幻灯片

第三章钻石的结构及晶体特征本章要目一、钻石的结构二、钻石晶体特征钻石成分为碳，组成钻石的碳元素原子量为12，由6个中子和6个质子组成原子核，原子核带正电，6个核外电子带负电，按一定的电子轨道围绕原子核做自旋运动。第一节钻石的结构一、碳的原子结构碳原子结构图第一层K层可以充填2个电子第二层L层最多可以充填8个电子碳原子为6个电子，K层为2个,L层为4个,因此有四个空位.任意一个碳原子与其他四个碳原子组合，其他四个碳原子各提供一个外层电子与之共用，外层电子数达到8个,形成共用的电子对即共价键共价键:原子彼此间共用电子二、钻石中的碳原子结构形成一个钻石晶胞，四个角的碳原子也成为其它四面体晶胞的一部分。碳原子的四面体示意图每个碳原子就有4个共价键,组成了具有四个角相等的正四面体每个C原子周围4个C原子组成共价健，C原子间等间距排列C-C键长为0.154nm，原子间结合牢固。钻石单位晶胞：立方面心格子立方面心格子，C原子占据立方体的一半角顶，六个面的中心以及相间排列的小立方体中心。晶胞钻石的晶体结构可以视为以角顶相连接的四面体结合,规则重复和三维排列。三、钻石晶体结构晶胞组成的立方体、八面体、菱形十二面体晶形由四面体组成的钻石,常见有立方体、八面体、菱形十二面体晶体。四、碳的同质多象体同质多象变体相同的化学物质,不同的晶体结构,不同的物理性质。许多物质以两种以上可相互替换的晶体结构存在。如钻石、石墨。钻石和石墨的化学成分都是碳，但因为他们形成的温度和压力不同，导致两者的晶体结构及物理性质不同。石墨的晶体结构石墨是碳的另一种单质晶体,碳原子与邻近的三个碳原子形成共价单键，排列成六角平面的网状结构,呈互相平行的层状结构。由于原子结构不同，形成两种性质完全不同的物质,将钻石和石墨称为碳元素的同质异体或同质多象。钻石与石墨晶体结构对比钻石属六方晶系，碳原子为等间距的结构（C-C健长0.154nm），原子间结合牢固；石墨属六方晶系，碳原子形成牢固的六方环形状网的极薄层。环中的原子间距为0.142nm，而层间原子间距为0.335nm。钻石与石墨的主要物理性质对比名称晶系光泽颜色透明度硬度比重导热性钻石等轴晶系金刚光泽无色、彩色透明103.52好石墨六方晶系金属光泽钢灰色不透明1-22.23差第二节钻石晶体特征一、钻石晶体形态钻石的晶体形态为单晶、聚形、双晶及平行生长和多重生长理想的晶体，面平棱直，同一单形晶面同形等大。实际晶体与理想的晶体有很大的差异，形态不规则的钻石晶体占了绝大多数。形态不规则的钻石晶体的形成原因生长速度或生长空间受到限制原始晶体受到岩浆熔蚀或溶解构造应力或机械破碎作用破碎的晶体碎片歪斜的晶体曲面晶体、晶棱圆滑，晶面发育蚀像形态不规则的钻石晶体现为歪斜的八面体破碎的晶体碎块曲面晶体、晶棱圆滑的四六面体钻石以八面体与菱形十二面体最为常见，其它单形有立方体、四六面体、四角三八面体等，罕见的是四面体。菱形十二面体晶体八面体晶体1、单体立方体晶体八面体晶体菱形十二面体由二个或更多的单形晶体组成，钻石中八面体与菱形十二面体的聚形多见。合成钻石八面体和立方体的聚形八面体与菱形十二面体钻石聚形2、聚形合成钻石立方体与八面体的聚形多见，很少见到菱形十二面体。3、双晶两个或两个以上单晶按一定的对称方式生长在一起，形成的规则连生,分为接触双晶和穿插双晶。八面体晶体双晶八面体1)接触双晶以个体平面相接而连生三角薄片双晶是两个半体的八面体,其中一半相对另一半旋转1800最多见的是三角薄片双晶三角薄片接触双晶典型的呈偏平三角形外观,但形态呈多样性,大多近圆形双晶的接合面在晶体表面表现为“缝合线”，缝合线的两侧属于两个个体，晶面性质会有一些差异，如晶面不连续，明暗度也可能有所差别。四面体构成的穿插双晶穿插双晶是由个体相互穿插而成。2)穿插双晶同种晶体彼此平行地连生在一起,连生的晶体与相对应晶面和晶棱相互平行。菱形十二面体平行连生晶体八面体平行连生晶体4、平行连生6、聚晶许多独立晶体聚结生长，这类钻石主要用于工业。5、多重生长当一个晶体具有由两个或更多个晶体以互不关联的角度相互穿插而不是平行生长到一起时称为多重生长。这不是一种双晶类型。晶面有倒三角蚀像三角凹痕二、钻石的生长特征1、三角凹痕与三角座八面体钻石有小三角形凹坑,顶角指向八面体面的边棱,由熔蚀所致。对指示纹理有重要的意义。1)三角凹痕有凸起的三角形,与主晶面方向一致,由生长所致。2)三角座生长阶梯2、生长阶梯钻石成层生长时所留下,层状阶梯称为生长阶梯，它的边与八面体面的棱平行。钻石在生长过程中形成,在表面或内部留下与结构有关的一条或多条痕迹3、纹理纹理对于钻石加工有着重要意义帮助加工定向，劈开时沿着纹理方向，锯开或抛磨时垂直纹理方向；影响钻石的净度级别鉴定钻石原石八面体纹理示意图平行于斜边有三个纹理方向,在八面体原石上可以见到许多三角形状的生长纹理2）八面体1）立方体面平行于侧边有两个纹理方向立方体面纹理示意图在十二面体晶体上，纹理平行菱面体长轴方向，只有一个纹理方向。十二面体纹理示意图3）十二面体晶体指两个晶面的接合处形成的凹角，凹角大于180°在三角薄片双角中,纹理方向发生改变的地方称为结节,结节对于钻石加工来讲会产生困难。凹角和青鱼骨刺纹内凹角三角凹痕扁平三角形晶体三角薄片双晶青鱼骨刺纹4、结节凹角顶端的纹理，形似青鱼骨刺纹，故称为青鱼骨刺纹。5、凹角和青鱼骨刺纹表面粗糙呈糖状的壳，壳皮厚薄不一，有的薄如纸，通常是钻石所含的许多微细杂质构成。带壳的钻石三、特殊的钻石原石1、带壳钻石壳层呈黄色、绿色、灰色及黑色。表面有一极薄的半透明的无光泽表层，呈暗淡或糖状,由于搬运过程中被磨蚀或金伯利岩岩浆熔蚀所致。在钻石的裂隙中充填氧化铁、锰质所致。氢氟酸中煮沸可以除去杂色。2、烟雾钻石3、氧化钻石由奶白色或钢灰色细小钻石晶体的集合体，非常硬，产于南非和巴西。劣等钻石多为多晶质集合体。可分为许多种类：多孔、杂乱排列的细小黑色钻石多晶质集合体。用于钻机钻头和磨钻。主要产于巴西。4、劣等钻石黑钻圆粒钻石黑色钻石中，由于会含有磁铁矿杂质，具有磁性，发现于中非。与黑钻相似，但钻石晶体颗粒要粗一些，肉眼可见。见于南非和博茨瓦纳。硬圆粒钻石磁性钻石