科普铅笔的铅芯是什么|铅笔芯同是碳元素构成

（本文出自《知识就是力量》杂志2016年8月刊《揭开钻石的神秘面纱》一文，作者： 王欢，原创作品，转载请注明出自知识就是力量微信公众号）

你知道吗？我们生活中见到的钻石、玻璃刀头上镶的金刚石、铅笔芯、干电池中的石墨电极以及石墨烯材料，其实都是同一种元素构成的！有的读者一定会很诧异：“弄啥咧？ 接着忽悠……” 其实，在我们的化学课本中，就有一节《金刚石、石墨和c60 》的内容，为我们揭示了这个道理。透明的金刚石和灰色的石墨都是由碳元素组成的单质，但是由于原子的排列方式不同，因此它们的性质存在着极大的差异。

今天我们要解读的主角，就是有着 “宝石之王” 光环的钻石，它不仅坚硬无比、熠熠生辉，而且还拥有缤纷的色彩。下面，就和小编一起看看钻石的独特与神秘吧！

组成单一、硬度称霸

钻石，矿物名称为金刚石，也因其硬度被人戏称为“金刚钻”，是已知的宝石矿物中唯一由单质碳元素组成的晶体，具有硬度大、耐高温、不导电、不怕强酸和强碱腐蚀、化学性质稳定等特征。钻石是人们已知的最为坚硬的宝石，故有 “宝石之王” 的美誉。

钻石的矿物晶体

其实，组成单一的矿物还有很多，比如钻石还有一个“同族兄弟”——石墨，也就是我们平时最为熟悉的制作铅笔芯的材料。

石墨也是由单一的碳元素组成的矿物，但是石墨的硬度却远远低于钻石，这是为什么呢？其实，这跟矿物学上一种被称作同质多像的现象有关，即同种化学成分的物质在不同的物理化学条件（温度、压力、介质等）下，形成不同结构晶体的现象。这些不同结构的晶体，就被互称为该成分的同质多像变体。

钻石和石墨就是碳（c）的两种同质多像变体，二者具有完全不同的晶体结构。钻石中的碳原子以共价键相连接，形成立方面心格子的晶体结构；而石墨则具有典型的层状结构，不同的晶体结构，决定了这二者在硬度方面的天差地别。

坚硬无比、如何切磨

既然钻石如此坚硬，那么光华璀璨的钻石成品是怎么被切磨出来的呢？难道还有比钻石更为坚硬的矿物吗？答案就是：用钻石自己切磨自己。

自然界中，有些宝石的硬度依据刻划方向的不同而不同，在矿物学上，将这种现象称为差异硬度，其形成原因是矿物晶体结构的对称性和异向性，导致了矿物硬度的对称性和异向性。

简单来说，就是在钻石的晶体结构中，碳原子质点的排列方式和间距在互相平行的方向上是一致的，但在不相平行的方向上是有所差异的。因此，当沿着不同方向进行刻划时，晶体的硬度就表现出了一定的差异。

钻石是已知最硬的矿物，它的切磨和抛光就是利用了其自身差异硬度的性质，即用一颗钻石较硬的方向去切磨另外一颗钻石较软的方向，以此来将每一颗钻石原石切磨成璀璨的刻面成品。

璀璨火彩、来自何处

人们经常用流光溢彩、熠熠生辉、光芒四射来形容钻石。可是，钻石明明是无色的，为何可以看到浮动的光彩呢？ 其实，这些光彩都是钻石的火彩。

钻石璀璨的火彩

火彩，是指当白光照射到透明刻面宝石上时，因色散而使宝石呈现光谱色闪烁的现象。

那么，什么是色散呢？色散，就是一种复色光被分解成单色光的物理光学现象，日常大家最为常见的色散现象，就是雨后彩虹。钻石因具有很高的色散值，因此，当它被切磨成刻面琢型后，会发出明亮璀璨的火彩。

欣赏钻石的火彩，要从钻石的上表面（台面）往底部观察， 用灯光或阳光照明，顺着光线的方向，同时用手缓缓地转动钻石（注意不是翻转，而是始终将台面向上对着光源转动）。 一般切工较好的钻石，都可以看到美丽的火彩。

色彩缤纷、毫不单调

如果你认为钻石全部都是无色透明的，那就大错特错了，其实，钻石的世界缤纷多彩，我们常见的无色钻石，只是其中的冰山一角！

彩钻构成了钻石另一个独特的世界， 比起无色钻石， 颜色夺目的彩钻常常会令人眼前一亮，过目难忘。彩钻是指自然界中产出的带有色调的钻石，其颜色鲜艳， 品类繁多， 极其稀有。彩钻的种类繁多，有红色、粉红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、红紫色、紫色、棕色和黑色等。

彩钻颜色的成因主要有两个方面：一是由于微量元素氮（n）、硼（b）、氢（h）原子进入钻石的晶体结构之中而产生的颜色；二是由于晶体的塑性变形而使钻石产生位错、缺陷等情况， 因此它们对某的些光能吸收，从而呈现出不同的颜色。

彩钻的形成条件极为苛刻， 出产10万颗优质无色的钻石才有可能得到一颗罕见的彩钻， 可以说是产量极其稀少。在彩钻中，尤以红色钻石和绿色钻石最为罕见，而黄色钻石和棕色钻石则相对常见。

骨灰也可以变钻石，这是真的吗？

钻石不仅可以天然形成和产出，还能人工合成，特别是近年来出现的骨灰合成钻石技术，尤为令人瞩目。

骨灰钻石最早由俄罗斯和美国发明，是一种高科技人工合成钻石，是利用逝者身体中的碳(通常以骨灰为样本)所培育的“实验室合成钻石”。此种钻石合成技术，能满足那些觉得“墓地和骨灰盒过于呆板”的人对亲人的思念，这种“钻石”制成的“首饰”，可随身携带，非常方便。

深埋地下，如何重见天日？

钻石形成于数十亿年前的地幔之中，蕴藏于地底深处。埋藏如此之深的钻石晶体要破土而出、 重见天日，主要得益于火山喷发，熔岩流将含有钻石的岩浆带至地球的近地表，并附存在金伯利岩和钾镁煌斑岩中，形成钻石原生矿；或是在地表经过长途迁徙，沉淀于河流砂土之中，形成次生矿（砂矿）。

全世界钻石的主要产出国有南非、加拿大、博茨瓦纳、澳大利亚、安哥拉、巴西、俄罗斯等。 钻石经过人工的开采才得以被利用，但是其开采的过程往往也是十分漫长和艰难，需要矿工深入地下或在砂矿的水域不断淘洗砂石而得。

度量单位也与众不同

在平时的生活中，大家经常用到毫克（mg）、克（g）、千克（kg）等重量单位，但是钻石却有特殊的重量单位，叫作克拉，英文为carat，通常缩写成ct，也称作卡。

“克拉” 一词来源于地中海沿岸所产的一种洋槐树的名字，由于这种树的干果重量非常一致，每粒平均0.2克，误差很小，因此曾被当成宝石的重量单位。

后来，世界各国统一将克拉单位标准化，即1克拉=0.2克。钻石还有一个独有的百分制度量单位，叫作分，英文为point，通常缩写成pt，1克拉=100分。我们在生活中常常听到的30分钻石、50分钻石的说法，其实指的就是重量为0.3克拉、0.5克拉的钻石。

钻石与生俱来的魅力，使之闪烁着太多神秘的色彩。它正用自己无言的美，向我们诉说着大自然的神奇与奇妙。

新媒体编辑：赵翠

原文编辑：齐敏

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