Cấu Trúc Kim Cương Và Các Đặc Tính Vật Lý, Hóa Học Của Kim Cương

Là một người đam mê về kim cương đá quý chắc hẳn ai cũng sẽ tò mò về cấu trúc kim cương như thế nào, cũng như các đặt tính vật lý hóa học của kim cương. WOW hiểu bạn! Vì thế trong bài viết này sẽ nói rõ ràng nhất về kiến thức cấu trúc kim cương, về đặt tính hóa học và vật lý, theo WOW tìm hiểu nhé.

Cấu trúc kim cương là gì?

Cấu trúc kim cương như thế nào, ngay bây giờ ta sẽ tìm hiểu sâu hơn về cấu trúc của kim cương là gì nhé!

Cấu trúc kim cương là một cấu trúc tinh thể được hình thành nên từ các nguyên tử Carbon, bên trong đó thì mỗi nguyên tử carbon tương tác mặc định với bốn nguyên tử carbon khác, chúng sẽ tạo thành một cấu trúc tứ diện lập phương vững chắc.

Cùng lúc này, các nguyên tử carbon này nó còn được lai hóa sp3 (đây là sự kết hợp giữa một obitan s và ba orbital p) và độ dài của các liên kết giữa chúng bằng nhau. Từ đây tạo thành một mạng lưới ba chiều cùng với các kết nối hóa trị mạnh mẽ, tạo nên độ cứng ưu việt nhất cho cấu trúc kim cương.

Tính chất hóa học

Tính chất hóa học của kim cương sẽ bao gồm nhiều yếu tố để định nghĩa rõ ràng nhất về một viên kim cương toàn diện. Từ công thức hóa học đến cấu trúc hình thể, phân loại như thế nào và so sánh với các đại diện khác.

Công thức hóa học của kim cương

Công thức hóa học của kim cương chúng được tạo thành chủ yếu từ các nguyên tử cacbon (c). Trong tự nhiên, các nguyên tử cacbon này tạo nên kim cương được tìm thấy nhiều trong thực vật và các muối cacbonat.

Khi bị chôn vúi sâu trong các lớp địa chất dày, chúng trở thành than đá, than bùn, cacbon, than chì…. khi môi trường chịu ảnh hưởng bởi điều kiện như nhiệt độ, áp suất cao. Sau đó cacbon sẽ nén lại cùng cực để tạo thành một viên kim cương trong một hệ tinh thể lập phương.

Kim cương có cấu trúc tinh thể hình gì?

Các tinh thể kim cương đều sẽ có cấu trúc lập phương, vì vậy kim cương có cấu trúc tinh thể và chúng tương đối đối xứng và chứa các nguyên tử cacbon bậc bốn.

• Do mật độ nguyên tử rất cao, đá thì có cấu trúc rất chặt, cùng với độ cứng có thể lên đến 10 mohs. Độ cứng đứng hạng nhất trong tất cả đá quý tự nhiên và nhân tạo.
• Trong tự nhiên, nguồn cacbon để hình thành nên kim cương chủ yếu được tìm thấy nhiều nhất trong thực vật và các muối cacbonat. Khi chúng bị chôn vùi trải qua quá trình địa chất, chúng sẽ biến thành than bùn, than đá, than chì. . .
• Khi môi trường đáp ứng đầy đủ các điều kiện về nhiệt độ và áp suất thì các nguyên tử cacbon sẽ bị nén lại để tạo thành kim cương thô tự nhiên trong hệ tinh thể lập phương.
• Trong ô cơ sở của chính hệ thống này, các nguyên tử c sẽ chiếm các vị trí đỉnh, tâm của các mặt hình vuông và ruột sẽ chứa thêm 4 nguyên tử c nữa. Vì vậy nói kim cương vốn có rất nhiều đặc tính độc đáo là không sai.

Kim cương là kim loại hay phi kim

Ngoài yếu tố về cấu trúc kim cương thì để xếp kim cương thô vào kim loại hay phi kim thì cũng đều phải tìm hiểu xem kim loại và phi kim có những tính chất gì, từ những thông tin đó mới có cơ sở để xác định kim cương thuộc nhóm nào.

Đầu tiên, kim loại được định nghĩa là một chất liệu dẫn điện, dẫn nhiệt và có ánh kim và phát sáng tốt. Đây cũng là bốn tính chất cốt lõi cùng là nền tảng để đánh giá chính xác một vật liệu có phải là kim loại hay không.

Bên cạnh đó, nó còn được dựa vào vị trí nguyên tố tạo thành trong Bảng tuần hoàn hóa học để xác định. Cụ thể, hệ thống các nguyên tố được tìm thấy chia thành các nhóm: Nhóm Kim loại (bao gồm Kiềm, thổ, yếu, á kim, chuyển tiếp), Phi kim, Họ khác, Khí trơ, (Lantan, Halogen, Actini).

Từ đó có thể mạnh dạn xác định kim cương không thuộc dòng Kim loại, bởi nó không hề có tính dẫn điện. Theo cách đánh giá được dựa theo Bảng nguyên tố hóa học thì Kim cương thuộc Phi kim. Cách đánh giá này do nguyên tố cấu thành: Cacbon – Đây là một phi kim thực thụ trong bảng tuần hoàn.

Phi kim là vật liệu không mang tính dẫn điện, điều này hoàn toàn trùng khớp với kết cấu cùng tính chất vật lý của Kim cương. Như vậy, ta có thể kết luận chắc chắn rằng kim cương không phải là một kim loại, mà là phi kim. Điều này giúp phản ánh đúng tính chất cũng như giá trị của viên kim cương trong quá trình sử dụng.

Cấu trúc của kim cương khác gì than chì

Mặc dù cả kim cương và than chì đều có thành phần chính là cacbon, tuy nhiên 2 loại này cũng có những đặc điểm khác nhau để phân biệt.

Theo số liệu thống kê, có 49%việc khai thác kim cương và than chì hiện nay ở tại hai quốc gia là Ấn Độ và Nam Phi, ngoài ra còn ở một số nơi không quá nhiều như khai thác kim cương ở Nga, Canada,… Do đó kim cương được xem là đá quý đắt giá nhất trên thế giới.

ĐÂY LÀ MỘT SỐ LIỆT KÊ ĐIỂM PHÂN BIỆT GIỮA KIM CƯƠNG VÀ THAN CHÌ:

6 tính chất vật lý của kim cương

Dưới đây WOW Diamond Jewelry sẽ giới thiệu cho bạn 6 tính chất vật lý của kim loại cơ bản nhất:

Độ cứng và khả năng cắt mài

Độ cứng của cấu trúc kim cương đạt 10/10 trong thang đo Mohs cho các khoáng vật. Đây là dạng vật chất cứng nhất đã được tìm thấy trong tự nhiên. Chúng còn chịu được áp suất cực lớn là 167 và 231 GigaPascal trong nhiều đợt kiểm tra khác nhau.

Vào năm 2005, thế giới đã điều chế Cacbon dạng lồng – một dạng thù hình thường thấy của kim cương. Theo đó, các nhà khoa học cho rằng loại vật liệu này còn cứng hơn cả kim cương.

Tuy có độ cứng được xem là cứng nhất, nhưng với sự phát triển của chế tác và sự hỗ trợ của máy móc thiết bị mà việc cắt mài kim cương cũng trở nên dễ dàng. Nếu so với trước đây, thì cắt mài kim cương còn khá thô sơ.

Màu sắc

Màu sắc kim cương được khai thác trong tự nhiên thường có nhiều màu sắc khác nhau. Điển hình như không màu, màu xanh dương, màu xanh lá cây, cam, đỏ, tía, hồng và vàng, nâu và đen.

Những viên kim cương có các đặc điểm vệt màu sáng được gọi là kim cương màu. Bên cạnh đó, kim cương mang màu sắc đậm thì được gọi là màu sắc rực rỡ.

Đối với kim cương màu thì chỉ chứa một lượng nhỏ tạp chất. Điều này xảy ra là do một nguyên tử Cacbon trong mạng tinh thể của kim cương bị thay thế bởi một nguyên tử hay nguyên tố khác.

Độ giòn

Mặc dù có độ cứng cực cao nhưng kim cương có độ giòn chỉ từ trung bình khá đến tốt. Điều này cũng là do cấu trúc kim cương chống chịu lực không tốt lắm.

Do vậy, kim cương đã chế tác chỉ có khả năng chống lại kha khá những vết trầy xước. Tuy nhiên, chúng tương đối dễ vỡ khi va đập quá mạnh nên khi sử dụng bạn cần đặc biệt lưu ý nhé!

Tính dẫn nhiệt tốt

Theo nhiều nghiên cứu của các chuyên gia, kim cương sẽ bị cháy ở khoảng nhiệt 800 độ C và khi đó có đủ oxy. Đồng thời thì ở áp suất khí quyển kim cương cũng không ổn định có tính chất giống như than chì sẽ dễ bị phân hủy.

Điều thú vị, phải cần đến 13 tỷ năm thì một viên kim cương mới có thể hoàn toàn biến thành than chì trong nhiệt độ và áp suất bình thường. Đây chính là toàn bộ khoảng thời gian để vũ trụ hình thành cho đến tận ngày nay.

Vì kim cương có cấu trúc tinh thể gồm các nguyên tử liên kết chặt chẽ với nhau nên khả năng dẫn nhiệt vô cùng tốt. Được dùng làm vật liệu dẫn nhiệt và tản nhiệt tốt nhất khi ở nhiệt độ phòng, tốt hơn hợp kim đồng từ 4 đến 5 lần.

Nên kim cương được ứng dụng phổ biến trong việc tản nhiệt, làm mát thành phần khác trong các thiết bị điện tử và máy móc cao cấp, giúp làm hạn chế sự hư hỏng máy móc do nhiệt độ quá cao.

Độ ánh sáng phản chiếu cao, quang học

Sự hấp dẫn mê hoặc của kim cương đến từ khả năng phản chiếu, tán sắc ánh sáng cực tốt và đây cũng là đặc tính nổi bật nhất của cấu trúc kim cương trong ngành chế tác trang sức đá quý cao cấp như nhẫn cưới, đính hôn, dây chuyền kim cương…

Mức độ ánh sáng phản chiếu vô cùng cao đến từ cấu trúc kim cương là cấu trúc tinh thể, nó cho phép ánh sáng đi qua và phản chiếu ngược lại nhiều lần bên trong cũng từ từ đó tạo ra phản xạ hoàn toàn đồng đều trên bề mặt kim cương. Điều này gọi là hiệu ứng “điểm sáng” khiến cho kim cương trở nên rực rỡ và cuốn hút.

Tính chất điện hóa khả năng dẫn điện

Kim cương thường được coi như một chất bán dẫn, có khả năng dẫn điện một phần nhưng không phải là chất dẫn điện hoàn toàn như kim loại. Trong điều kiện bình thường, kim cương chắc chắn là một chất không dẫn điện. Tuy nhiên, do cấu trúc tinh thể đặc biệt vốn có và sự lai hóa sp3 của các Carbon trong kim cương, nó vẫn có thể truyền dẫn một lượng nhỏ điện không đáng kể trong môi trường phù hợp.

Sau khi đọc bài viết này, chắc có lẽ bạn đã hiểu nhiều hơn về cấu trúc kim cương là thế nào cũng như việc kim cương có cấu tạo từ đâu. Các kiến thức này sẽ giúp bạn rất nhiều trong việc mạnh dạn sở hữu cho mình những món trang sức kim cương cao cấp.

WOW Diamond Jewelry là nơi chia sẻ đến bạn các thông tin về kim cương uy tín nhất, cũng là nơi tạo ra những sản phẩm kim cương đẳng cấp sang trọng. Đừng ngần ngại, hãy liên hệ với WOW, ở đây chúng tôi xem bạn như một người tri kỷ, các trải nghiệm thời thượng cùng dịch vụ chuyên nghiệp nhất đều dành cho bạn!