광물의 종류 6 : Diamond

다이아몬드(영어: diamond) 또는 금강석(金剛石)은 천연광물중 가장 굳기가 우수하며 광채가 뛰어난 보석이다.

 

주성분은 탄소이며 분자구조상의 차이로 인해 동일한 원자로 구성된 자연 산물인 흑연과는 매우 다른 특성을 가진 보석이다.

 

뛰어난 경도로 인해 공업용으로도 많이 쓰이나, 대부분의 공업용 다이아몬드는 인간이 만든 인조 다이아몬드를 쓴다. 현재에 이르러서는 질이 나쁜 자연 다이아몬드와 질이 좋은 공업용 다이아몬드는 식별하기 어렵다.

흔히 다이아몬드의 질량의 단위에는 대부분의 보석의 질량의 단위로 쓰이는 캐럿을 쓴다. (1캐럿은 0.2g다.)

 

다이아몬드는 강도에 따라 화씨 1400도부터 1607도 사이에서 완전히 연소된다. 실제로 다이아몬드가 형성되는 곳은 땅속 깊이 130킬로미터 아래에서이다. 땅 위에서 발견되는 것은 화산이 분출할 때 함께 땅 위로 솟아오른 것이다. 보통 색깔이 없는 것을 귀하게 생각하며, 간혹 매우 특별한 색깔의 것이 가치를 인정받는 경우도 있다.

 

다이아몬드는 두 번째로 단단한 강옥보다 90배나 더 단단하다.

다이아몬드는 4월의 탄생석이며, 세계적으로 유명한 4대 다이아몬드는 상시와 리전트, 블루 호프, 피렌체 다이아몬드이다.

 

 다이아몬드는 절단 및 연마 도구와 같은 주요 산업 응용 분야에 사용되는 특성인 천연 재료 중 가장 높은 경도와 열전도율을 가지고 있습니다. 그들은 또한 다이아몬드 모루 세포가 물질을 지구 깊숙한 곳에서 발견되는 압력에 노출시킬 수 있는 이유이기도 합니다.다이아몬드의 원자 배열은 매우 단단하기 때문에 몇 가지 유형의 불순물이 다이아몬드를 오염시킬 수 있습니다(두 가지 예외는 붕소와 질소임). 소수의 결함 또는 불순물(격자 원자 100만 개당 약 1개)은 다이아몬드 파란색(붕소), 노란색(질소), 갈색(결함), 녹색(방사선 노출), 보라색, 분홍색, 주황색 또는 빨간색을 나타냅니다. 다이아몬드는 또한 매우 높은 굴절률과 상대적으로 높은 광학 분산

을 가지고 있습니다.대부분의 천연 다이아몬드는 10억년에서 35억년 사이의 나이를 가지고 있습니다. 대부분은 지구 맨틀의 150~250km (93~155마일) 깊이에서 형성되었지만 일부는 800km(500마일) 깊이에서 생성되었습니다. 고압 및 고온에서 탄소 함유 유체는 다양한 미네랄을 용해시키고 다이아몬드로 대체했습니다. 훨씬 더 최근에(수억에서 수천만 년 전), 화산 폭발로 지표면으로 운반되어 킴벌라이트와 램프로이트라고 알려진 화성암에 퇴적되었습니다.합성 다이아몬드는 고압 및 고온에서 고순도 탄소로부터 또는 화학 기상 증착(CVD)에 의해 탄화수소 가스로부터 성장할 수 있습니다. 모조 다이아몬드는 큐빅 지르코니아 및 실리콘 카바이드와 같은 재료로 만들 수도 있습니다. 천연, 합성 및 모조 다이아몬드는 광학 기술 또는 열전도율 측정을 사용하여 가장 일반적으로 구별됩니다.

 

Material properties

 

다이아몬드는 원자가 결정체로 배열된 순수한 탄소의 고체 형태입니다. 고체 탄소는 화학 결합의 유형에 따라 동소체 allotropes 로 알려진 다른 형태로 제공됩니다. 순수한 탄소의 두 가지 가장 일반적인 동소체는 다이아몬드와 흑연 graphite 입니다. 흑연에서 결합은 sp2 궤도 혼성체 orbital hybrids 이며 원자는 평면에서 in planes 형성되며 각각은 120도 떨어진 세 개의 가장 가까운 이웃에 결합됩니다.

 

다이아몬드에서 그들은 sp3이고 원자는 4개의 가장 가까운 이웃에 각각 결합된 사면체를 형성합니다. 사면체 Tetrahedra는 단단하고 결합이 강하며 알려진 모든 물질 중에서 다이아몬드는 단위 부피당 원자 수가 가장 많기 때문에 가장 단단하고 압축률이 가장 낮습니다. 

또한 천연 다이아몬드의 경우 입방 미터당 3,150~3,530kg(물 밀도의 3배 이상), 순수 다이아몬드의 경우 3,520kg/m3에 이르는 고밀도를 가지고 있습니다. 흑연에서는 가장 가까운 이웃 간의 결합이 훨씬 더 강하지만 평행한 인접 평면 간의 결합이 약하므로 평면이 서로 쉽게 미끄러집니다. 따라서 흑연은 다이아몬드보다 훨씬 부드럽습니다. 그러나 더 강한 결합은 흑연을 덜 가연성으로 만듭니다. 

 

다이아몬드는 재료의 탁월한 물리적 특성으로 인해 많은 용도로 채택되었습니다. 알려진 모든 물질 중에서 가장 단단하고 압축률이 가장 낮습니다. 열전도율이 가장 높고 음속이 가장 높습니다. 접착력과 마찰력이 낮고 열팽창 계수가 매우 낮습니다. 광학적 투명도는 원적외선에서 심자외선까지 확장되며 높은 광분산성을 가지고 있습니다. 또한 높은 전기 저항을 가지고 있습니다. 화학적으로 불활성이며 대부분의 부식성 물질과 반응하지 않으며 생물학적 호환성이 뛰어납니다.

 

45.52 carats (9.104 g), Fancy Dark Greyish Blue (GTA), in the National Museum of Natural History

 

소더비경매에 출품되었던 1190캐럿 다이아몬드 원석, 예상가 808억