“钻石”一词来源于希腊语单词“adamao”，意思是“我驯服”或“我征服”，或相关单词“adamas”，意思是“最坚硬的钢铁”或“最坚硬的物质”。

每个人都知道钻石是坚硬而美丽的，但是你知道钻石可能是你拥有的最古老的材料吗？虽然发现钻石的岩石可能有5000万至16亿年的历史，但钻石本身大约有33亿年的历史。这种差异来自于这样一个事实，即凝固成岩石的火山岩浆并没有产生钻石，而只是将钻石从地幔运送到地表。钻石也可能在陨石撞击地点的高压和高温下形成。在撞击过程中形成的钻石可能相对“年轻”，但一些陨石中含有星尘——恒星死亡的碎片——可能包括钻石晶体。有一颗这样的陨石已知含有超过50亿年的微小钻石。这些钻石比我们的太阳系还要古老。

从碳开始

了解金刚石的化学性质需要对碳元素有基本的了解。中性碳原子的原子核中有六个质子和六个中子，由六个电子平衡。碳的电子壳层结构为1s22s22p2。碳的化合价为​因为可以接受四个电子来填充2p轨道。钻石是由碳原子的重复单元通过最强的化学键——共价键与其他四个碳原子连接而成。每个碳原子位于一个刚性四面体网络中，在这个网络中，它与相邻的碳原子的距离相等。钻石的结构单位由八个原子组成，基本上呈立方体排列。这种网状结构非常稳定且坚硬，这就是为什么钻石非常坚硬且熔点很高的原因。

地球上几乎所有的碳都来自恒星。研究钻石中碳的同位素比率可以追溯碳的历史。例如，在地球表面，碳-12和碳-13同位素的比率与星尘的比率略有不同。此外，某些生物过程会根据质量对碳同位素进行积极分类，因此生物中碳的同位素比率与地球或恒星的同位素比率不同。因此，众所周知，大多数天然钻石的碳最近来自地幔，但少数钻石的碳是微生物的循环碳，由地壳通过板块构造形成钻石。一些由陨石产生的微小钻石来自撞击地点的碳；陨石中的一些钻石晶体仍然是来自恒星的新鲜钻石。

晶体结构

金刚石的晶体结构是面心立方或面心立方晶格。每个碳原子在正四面体（三角棱镜）中连接其他四个碳原子。基于立方形状及其高度对称的原子排列，金刚石晶体可以发展成几种不同的形状，称为“晶体习性”。最常见的晶体习惯是八面体或菱形。钻石晶体也可以形成立方体、十二面体以及这些形状的组合。除了两种形状外，这些结构都是立方晶体系统的表现。一个例外是被称为macle的扁平晶体，它实际上是一种复合晶体，另一个例外是蚀刻晶体，它具有圆形表面，可能具有拉长的形状。真正的钻石晶体没有完全光滑的表面，但可能有凸起或凹陷的三角形生长，称为“三角”。钻石在四个不同的方向上有完美的解理，这意味着钻石将沿着这些方向整齐地分开，而不是以锯齿状的方式断裂。解理线是由于金刚石晶体在八面体平面上的化学键比在其他方向上少。钻石切割机利用解理线切割镶嵌宝石。

石墨只比金刚石稳定几个电子伏，但转换的激活势垒所需的能量几乎与破坏整个晶格并重建晶格所需的能量相同。因此，一旦金刚石形成，它就不会再转化回石墨，因为势垒太高了。钻石被认为是亚稳的，因为它们在动力学上而不是热力学上是稳定的。在形成金刚石所需的高压和高温条件下，其形态实际上比石墨更稳定，因此经过数百万年的时间，含碳沉积物可能会慢慢结晶成金刚石。