Kim Cương ( Diamond) - Những sự thật thú vị nhất! ( Phần 1)

Kim Cương ( Diamond) – Những sự thật thú vị nhất! ( Phần 1)

Khái quát chung

Hầu hết kim cương được tạo thành sâu ở trong lòng đất, từ hai loại đá peridotit và eclogit. Chúng được giữ lâu ở trong lòng đất với các khoảng thời gian khác nhau, có khi đến 3200 triệu năm trước khi chuyển lên trên mặt đất. Kim cương được thành tạo ở độ sâu vào khoảng 150-200 km dưới mặt đất, ở đó áp suất cao và nhiệt độ thấp cao đã bảo tồn chúng.

Kim cương được khai thác trong vỏ nguyên sinh và thứ sinh. Ngoài ra kim cương còn được tìm thấy trong các thiên thạch. Ngày nay việc khai thác kim cương được áp dụng nhiều kỹ thuật hiện đại. Phương pháp đơn giản nhất là phương pháp tuyển rửa- tách kim cương từ đất vàng xốp. Hàm lượng kim cương chứa trong các mỏ khác nhau là khác nhau .Trung bình trong 1 tấn quạt có 0,5 carat kim cương tại một số mỏ với hàm lượng 0,2 kg trên tấn khai thác vẫn có lợi nhuận .

Kim cương được khai thác trong vỏ nguyên sinh và thứ sinh
Kim cương được khai thác trong vỏ nguyên sinh và thứ sinh

Ngoài các mỏ nguyên sinh còn có các mỏ sa khoáng, thứ sinh dưới lòng sông,thềm thung lũng cổ hay cửa các bãi biển cổ Atlantich. Các mỏ kim cương có nhiều nơi nhưng chủ yếu ở khu vực châu Phi. Năm 1725 mỏ Diamond đầu tiên được phát hiện ở Nam Mỹ. Khoảng thế kỹ XVIII-XIX Brazin đứng đầu trong sản xuất Diamond, sau đó nam phi chiếm giữ vị trí này. Cho đến nay Nam Phi vẫn đứng vị trí hàng đầu trong sản xuất và tiêu thụ kim cương. Nga là nước có sản lượng Diamond đứng thứ nhì thế giới.

Thành phần hóa học và cấu trúc tinh thể

Thành phần hóa học

Trong tất cả các loại đá quý, kim cương là loại khoáng vật có thành phần hóa học đơn giản nhất. Nó được cấu tạo duy nhất bởi nguyên tố C. Kim cương và graphit và 2 biến thể của C nhưng lại hoàn toàn khác nhau về cấu trúc tinh thể và về tất cả các tính chất khác nhau.

Trong tinh thể Diamond C tồn tại dưới dạng 2 dạng đồng vị 12C và 13 C. Trong tinh thể Diamond không phụ thuộc vào các dạng hình thái của nó, thành phần của 2 đồng vị tương đối gần nhau. Tỷ lệ 12C/13C biến thiên trong 1 khoảng hẹp từ 89,24 đến 89,78.

Ở điều kiện nhiệt độ cao và áp suất lớn nguyên tử C ở trạng thái sp3 và tạo ra 3 mối liên kết với 4 nguyên tử C khác bằng mối liên kết đồng hóa trị, góc giữa chúng là 109,28 độ. Trong tinh thể Diamond C chiếm tỉ lệ vào khoang 96-99,8%, ngoài ra còn có mặt 25 nguyên tố tạp chất với một lượng rất nhỏ.

– Nito là nguyên tố tạp chất chủ yếu trong kim cương, nó có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất và cấu trúc tinh thể Diamond. Sự phân loại Diamond cũng dựa vào sự có mặt và hàm lượng của N.

– Trong Diamond các nguyên tố tạp chất có mặt thường xuyên là Si, Al, Ca, Mg, Mn. Các nguyên tố thường xuyên có mặt Fe và Ti, trong khi ở các dạng thông thường khác Fe được nhận diện không thường xuyên còn Ti lại càng hiếm khi gặp. Các nguyên tố tạp chất còn lại như: Sr, Co,Zr,P,La,Lu,Pt,Ag,Au,Pb được phát hiện trong một số trường hợp.

Phân loại kim cương

Kim cương được chia thành 2 loại chính loại I và loại II dựa trên thành phần của các nguyên tố ngoại lai có mặt trong cấu trúc tinh thể.

Kim cương được chia thành 2 loại chính loại I và loại II
Kim cương được chia thành 2 loại chính loại I và loại II

– Loại I: chứa một tỷ lệ nhỏ N

– Loại II: Hầu như không chưa N

– Loại III: Diamond được tìm thấy trong các thiên thạch với cấu trúc sáu phương thay vì khối lập phương, Diamond nhân tạo.

Cấu trúc tinh thể

– Cấu trúc tinh thể

Kim cương được kết tinh theo tính hệ lập phương, chủ yếu là bát diện cũng có thể là 12 mặt thoi. Mỗi nguyên tử C liên kết với 4 nguyên tử C liền kề nằm ở vị trí đỉnh của tứ diện đều. Khoảng cách giữa các nguyên tử liền kề là 0,154 nm. Kích thước không đổi của mạng tinh thể là 0,356 nm

Trong tất cả các đơn chất, Diamond có tối đa số lượng nguyên tử C nằm trong 1 đơn vị thể tích, tức là các nguyên tử C được sắp xếp một cách rất chặt xít. Từ 18 nguyên tử C, 8 nguyên tử được sắp xếp ở định của khối lập phương, 6 ở tâm các mặt của khối lập phương và 4 ở tâm của 4 trong 8 khối lặp phương nhỏ.

– Các dạng tinh thể thường gặp

Kim cương có thể tồn tại dưới dạng đơn tinh hay đa tinh. Tinh thể Diamond có hình dạng bát diện, khối 12 mặt và khối lập phương và các tinh thể có dạng phối hợp, các tinh thể có các cạnh lồi,….

Các kết quả nghiên cứu đã cho thấy có sự khác biệt giữa các tinh thể Diamond về hình dạng, cấu tạo bên trong…..và tổ hợp các tính chất .Trong quá trình kết tinh các tinh thể có các mặt phẳng được tạo ra hình dáng nguyên thủy cũng như nhiều tính chất có khả năng bị biến đổi do quá trình hòa tan ăn mòn hình thành các đốm màu biến dạng dẻo và như vậy tạo ra các hình dạng khác nhau của tinh thể Diamond. Chúng không giống nhau về cấu tạo bên trong cũng như về hình dạng phát triển và các đặc điểm hình thái.

Các tính chất vật lý và quang học

Tính chất vật lý

– Độ cứng: Kim cương là khoáng vật cứng nhất trong tất cả các khoáng vật của tự nhiên. Diamond thể hiện độ cứng của một cách dị hướng, không những theo những cảnh khác nhau và theo những hướng khác nhau độ cứng của Diamond cũng có phần khác nhau mà theo những mặt khác nhau cũng khác nhau.

– Cát khai: Diamond thể hiện sự khác khai hoàn toàn theo mặt [111]

– Vết vỡ phẳng, xếp lớp, vỏ sò.

– Tỷ trọng: tỷ trọng của tinh thể Diamond tinh khiết có cấu trúc tinh thể hoàn hảo hầu như không đổi và gần bằng 3,5 gam trên cm khối. Thực tế tỷ trọng của Diamond thiên nhiên biến thiên từ 3,1-3,6g/cm khối. Tỷ trọng của Diamond biến thiên không phải chỉ đối với loại đa tinh thể mà còn đối với cả loại đơn tinh thể có độ tinh khiết cao và liên quan đến màu sắc.

+Xanh da trời               3,525

+Màu hồng                  3,531

+Màu da cam              3,550

Đây là khoáng vật cứng nhất trong tất cả các khoáng vật của tự nhiên
Đây là khoáng vật cứng nhất trong tất cả các khoáng vật của tự nhiên

Tính chất hóa học

Kim Cương là một khoáng vật bền vững, Ở nhiệt độ bình thường kim cương  hoàn toàn trơ đối với a xít và kiềm, ngay cả những a xít mạnh nhất cũng không thể tác dụng đối với nó. Thậm chí HF hoặc nước cường toan (HNO3 và HCl) không tác dụng lên kim Diamond. Tuy nhiên ở điều kiện nhiệt độ cao và trong môi trường khác, Diamond lại thể hiện tính hoạt động hóa học:

Diamond bị ăn mòn ở nhiệt độ cao trong môi trường một số loại khí: O, CO, CO2, H, hơi nước, CL.

Kim cương bị cháy trong luồng ô xy ở nhiệt độ 720 độ C

O2

C —————————-      >CO2

      720 -> 800 độ C  

Trong không khí Diamond cháy ở nhiệt độ 800 độ C

                  Không khí 

                       C—————————–       >CO2

                              850-> 1000 độ C 

Trong môi trường không có oxy ở nhiệt độ 2000 độ C – 3000 độ C kim cương bị graphit hóa .

Trong môi trường có bảo vệ( trong N, các khí trơ, chân không, Hidro, kim cương không bị Graphit hóa ngay cả ở nhiệt độ 1150- 1200 độ C.

Các tính chất khác

+ Tính dẫn nhiệt: Kim cương thể hiện tính dẫn nhiệt cao. Ở trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau, Diamond thể hiện tính dẫn nhiệt khác nhau.

Kim cương thể hiện tính dẫn nhiệt cao
Kim cương thể hiện tính dẫn nhiệt cao

Các tinh thể có khuyết tật có thể bị nổ khi đun nóng, nhưng tinh thể Diamond hòan hảo có thể nung đến nhiệt độ 1800-1850 độ C và hạ nhiệt nhanh mà không bị phá huỷ.

+Tính dẫn điện: Trong thực thế trong điều kiện bình thường Diamond là một chất cách điện, nhưng nó cũng có thể được nhìn nhận là một chất bán dẫn trong vùng cấm rộng ∆E=5,7 ev. Các tạp chất làm giảm giá trị điện trở riêng.

Tính chất quang học 

– Chiết suất, tán sắc, ánh: kim cương kết kết tinh theo hệ lập phương, đơn chiết. chỉ số khúc xạ trung bình của kim cương ( Trong ánh sáng vàng natri) : 2,4175 ± 0,003. Khi lượng bao thể trong trong Diamond tăng lên, chỉ số khúc xạ cũng tăng lên đến giá trị cao nhất là 2,421. Đối với Diamond có màu phớt vàng chỉ số khúc xạ có thể biến thiên trong khoảng 2,419- 2,421 và thông thường là 2,417.

Đối với các tia màu sắc khác nhau chỉ số khúc xạ Diamond cũng khác nhau:

  • Đối với tia màu đỏ:                     2,402
  • Đối với tia màu vàng:                 2,417
  • Đối với tia màu xanh lá cây:      2,427
  • Đối với tia màu tím:                   2,465

– Hiện tượng giải dị hướng ở Kim Cương: tinh thể Diamond thuộc hệ lập phương, như vậy phải thể hiện đẳng hướng về mặt quang học, tuy nhiên ở đó người ta thường quan sát thấy hiện tượng giả dị hướng. Hiện tượng giá trị hướng được tạo ra bởi ứng suất bên trong do nhiều nguyên nhân. Hiện tượng giả dị hướng có những dạng sau: dạng sao, dạng dải, dạng lưới,….

– Phổ hấp thụ: phổ hấp thụ của hầu hết Diamond có thể chia ra thành hai nhóm chính

+ Nhóm I: là nhóm màu của nó từ không màu tới màu vàng, phát quang có màu xanh da trời. Đối với nhóm này vạch hấp thụ rõ nét nhất ở vị trí 4155y trong vùng màu tím của dải phổ. Vạch này rõ nét nhất đối với những màu đậm nhưng hầu như có mặt thậm chí ở kim cương không màu. Các vạch phổ khác đi cùng với nó là 4785, 4650, 4520, 4350 và 4230. Tất cả các vạch này đều nằm ở vùng màu tím. Trong tất cả các mạch này thực tế có thể nhìn thấy là vạch 4785.

– Nhóm II: bao gồm kim cương có màu nâu, màu vàng phớt xanh hoặc màu xanh và những loại thể hiện màu xanh rực rỡ dưới tia cực tím. Kim cương trong nhóm này quan sát thấy vạch rõ và hẹp ở vị trí 5040 A độ ở vùng màu xanh của dải phổ. Các vạch yếu khác là 5370 a độ và 4980 A độ có thể có mặt

Màu sắc phát quang rất khác và phụ thuộc vào phương pháp kích thích
Màu sắc phát quang rất khác và phụ thuộc vào phương pháp kích thích

+ Tính dẫn điện: Trong thực thế trong điều kiện bình thường Diamond là một chất cách điện, nhưng nó cũng có thể được nhìn nhận là một chất bán dẫn trong vùng cấm rộng ∆E=5,7 ev. Các tạp chất làm giảm giá trị điện trở riêng.

– Tính phát quang: Màu sắc phát quang của kim cương rất khác và phụ thuộc vào phương pháp kích thích. Như một số tinh thể kim cương phát quang màu xanh da trời, một số khác phát màu vàng hay màu xanh lá cây.

– Màu sắc kim cương có đủ loại màu sắc. Diamond hoàn toàn không màu rất hiếm, chủ yếu từ không màu tới có sắc màu vàng nhạt hoặc nâu nhạt. Bên cạnh loại không màu như trên cũng đạt những tinh thể có màu Ngà Nhưng thể hiện rõ ràng cũng như các màu đậm :vàng, xanh lá cây, nâu, hồng, tím phớt hồng, xanh Cửu Long, trắng sữa, xám và cả đen.

  • Kim cương màu vàng bao gồm loại có pha chút sắc vàng đến loại có màu vàng và vàng trơn tương đối phổ biến so với các loại kim cương có màu khác.
  • Kim cương màu xanh lá cây
  • Kim cương màu xanh da trời
  • Kim cương màu hồng hoa huệ và màu nâu .
  • Kim cương màu trắng sữa, màu xám và màu đen.

Việc phân cấp màu sắc Diamond nhóm không màu được tiến hành theo các quy định chặt chẽ.

Công ty cổ phần Trang sức và Đá quý Việt nam là một trong những công ty hàng đầu cả nước về thiết kế, chế tác về đá quý và trang sức. Nếu có mong muốn tư vấn thiết kế sản phẩm trang sức, đá quý mang tính “cá nhân hóa và gắn liền với câu chuyện của bản thân”,  Quý khách vui lòng đăng ký trực tiếp trên website để được phục vụ tốt nhất.

Để được tư vấn trực tiếp, Quý Khách vui lòng bấm số HOTLINE hoặc đăng ký trực tuyến TẠI ĐÂY. Ngoài ra, nếu Quý khách cần hỗ trợ luôn, vui lòng nhắn tin tại TẠI ĐÂY (24/24).

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *