1. Khái quát chung
Tên gọi kim cương trong nhiều ngôn ngữ châu Âu đến từtiếng Hy Lạp adamas (αδάμας có nghĩa là “không thể phá hủy”). Trong tiếng Việt chữ “kim cương” có gốc Hán-Việt (金剛), có nghĩa là “kim loại cứng”. Chúng đã được sưu tầm như một loại đá quý và sử dụng trên những biểu tượng tôn giáo của người Ấn Độcổ cách đây ít nhất 2.500 năm. Người ta còn tìm thấy kim cương đầu mũi khoan, cũng là dụng cụ để khắc lên đá đối với người cổ đại. Một viên kim cương được đánh giá theo một hệ thống chất lượng 4C: “carat” (khối lượng), “clarity” (độ trong suốt), “color” (màu sắc) và “cut” (cách cắt) và hiện nay có khi người ta còn đánh giá theo tiêu chuẩn 6C, thêm “cost” (giá cả) và certification (giấy chứng nhận, kiểm định). Mặc dù kim cương nhân tạo được sản xuất với khối lượng gần gấp 4 lần so với kim cương tự nhiên nhưng phần lớn chúng được dùng vào mục đích công nghiệp vì hầu hết chúng là những viên kim cương nhỏ và không hoàn hảo tuy hiện điều này đã cải thiện rõ rệt với những công nghệ làm kim cương nhân tạo mới.
Khoảng 49% kim cương được khai thác ở Trung Phi và Nam Phi, mặc dầu một số lượng lớn kim cương cũng được tìm thấy ở Canada, Ấn Độ, Nga, Brasil, Úc. Hầu hết chúng được khai thác ở những miệng núi lửa đã tắt, sâu trong lòng Trái Đất nơi mà áp suất vànhiệt độ cao làm thay đổi cấu trúc của các tinh thể.
2. Thành phần hoá học và cấu trúc tinh thể
2.1. Thành phần hoá học
Trong tất cả các loại đá quý, kim cương là loại khoáng vật có thành phần hoá học đơn giản nhất, nó được cấu tạo duy nhất bởi nguyên tố cacbon. Kim cương và graphit là hai biến thể của cacbon nhưng lại hoàn toàn khác nhau về cấu trúc tinh thể và các tính chất khác.
Trong tinh thể kim cương C tồn tại dưới hai dạng đồng vị 12C và 13C (được nghiên cứu và phát hiện đầu tiên vào năm 1953). Trong tinh thể kim cương không phụ thuộc vào các dạng hình thái của nó, thành phần của hai đồng vị tương đối gần nhau. Tỷ lệ 12C/13C biến thiên trong một 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 4 mối liên kết với 4 nguyên tử C khác bằng mối liên kết đồng hoá trị, góc giữa chúng là 109,280. Trong tinh thể kim cương C chiếm tỉ lệ vào khoảng 96 – 99,8%, ngoài ra còn có mặt 25 nguyên tố tạp chất với một lượng rất nhỏ: H, B, N, O, Na, Mg, Al, P, Ca, Sc, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Sr, Ba, Zn, La, Lu, Pt, Au, Ag và Pb.
– Ni tơ là nguyên tố tạp chất chủ yếu trong kim cương, nó có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất (màu sắc, khả năng phát quang, màu sắc phát quang dưới tia cực tím…) và cấu trúc tinh thể kim cương. Sự phân loại kim cương cũng dựa vào sự có mặt và hàm lượng của N.
– Trong kim cương các nguyên tố tạp chất có mặt thường xuyên (cố định) là: Si, Al, Ca, Mg và Mn. Các nguyên tố thường phát hiện được là: Na, Ba, Cu, Fe, B, Cr và Ti. Trong loại kim cương có vỏ bọc thường xuyên có mặt Fe và Ti (cùng với nhau), 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, Sc, La, Lu, Pt, Ag, Au và Pb được phát hiện trong một số trường hợp.
2.2. 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, kim cương có tối đa số lượng nguyên tử C nằm trong một 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 đỉnh của khối lập phương, 6 ở tâm các mặt của khối lập phương và 4 ở tâm của 4 trong 8 khối lập phương nhỏ.
Các dạng tinh thể thường gặp
Kim cương có thể tồn tại dưới dạng đơn tinh hay đa tinh. Tinh thể kim cương có hình dạng bát diện (khối tám mặt), 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 dạng tinh thể kim cương 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 thuỷ cũng như nhiều tính chất có khả năng bị biến đổi do quá trình hoà tan, ăn mòn, hình thành các đốm màu, biến dạng dẻo… và như vậy tạo ra các dạng khác nhau của tinh thể kim cương. Chúng không giống nhau về cấu tạo bên trong cũng như về hình dạng phát triển và các đặc điểm hình thái.
2.3. Phân loại kim cương
Kim cương được chia thành hai loại chính loại I và loại II dựa trên thành phần của các nguyên tố ngoại lai có mặt trong cấu trúc tinh thể.
– Loại I: Chứa một tỷ lệ nhỏ N. Tinh thể có hình dạng 8 mặt rõ ràng (octahedral). Loại kim cương này thường không màu và được xếp hạng cao trong thang màu. Người ta chia ra loại Ia và loại Ib. Hầu như tất cả kim cương thiên nhiên thuộc loại Ia, hầu như tất cả kim cương nhân tạo thuộc loại Ib.
– Loại II: Hầu như không chứa N (tỷ lệ N nhỏ hơn 0,001%). Màu sắc của nó thường là màu nâu nhạt tới nâu, rất hiếm khi không màu, trong trường hợp đặc biệt có màu xanh (khi có mặt B, đóng vai trò nguyên tố vết). Loại II được chia thành loại IIa và loại IIb. Loại IIa: lượng N trong nó không thấy rõ. Loại IIb có chứa B và có tính bán dẫn. Tất cả kim cương có màu xanh da trời đều thuộc loại IIb.
– Loại III (Ionsdaleite): kim cương được tìm thấy trong các thiên thạch với cấu trúc sáu phương thay vì khối lập phương, kim cương nhân tạo.
3. Các tính chất vật lý và quang học
3.1. Tính chất vật lý
– Độ cứng: Kim cương là khoáng vật cứng nhất trong tất cả các khoáng vật của tự nhiên (10 theo thang Mohs).
– Cát khai: Kim cương thể hiện sự khát khai hoàn toàn theo mặt [111].
– Vết vỡ phẳng, xếp lớp, vỏ sò.
– Tỷ trọng: Tỷ trọng của tinh thể kim cương tinh khiết có cấu trúc tinh thể hoàn hảo hầu như không đổi và gần bằng 3,5 g/cm3 ± 0,01 – 0,02 g/cm3. Thực tế tỷ trọng của kim cương thiên nhiên biến thiên từ 3,1 – 3,6 g/cm3. Tỷ trọng của kim cương 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 còn liên quan đến màu sắc.
- Không màu: 3,500
- Xanh lá cây: 3,523
- Xanh da trời: 3,525
- Màu hồng: 3,531
- Màu da cam: 3,550
– Tính chất hoá 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 tác dụng đối với nó. Thậm chí HF hoặc nước cường toan (HNO3 và HCl) không tác dụng lên kim cương. Tuy nhiên ở điều kiện nhiệt độ cao và trong môi trường khác, kim cương lại thể hiện tính hoạt động hoá học:
Kim cương 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 7200C.
C
O2
> CO2
720 – 8000C
Trong không khí kim cương cháy ở nhiệt độ 8500C
C
Không khí
> CO2
850 – 10000C
Trong môi trường không có ô xy ở nhiệt độ 20000C – 30000C kim cương bị graphit hoá.
Trong môi trường có bảo vệ (trong N, các khí trơ, chân không, hidro) kim cương không bị graphit hoá ngay cả ở nhiệt độ 1150 – 12000C.
Các tính chất khác:
+ Tính dẫn nhiệt: Kim cương thể hiện tính dẫn nhiệt cao. Ở trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau, kim cương thể hiện tính dẫn nhiệt khác nhau.
Các tinh thể có khuyết tật có thể bị nổ khi nung nóng. Nhưng tinh thể kim cương hoàn hảo có thể nung đến nhiệt độ 1800 – 18500C và hạ nhiệt nhanh mà không bị phát huỷ.
+ Tính dẫn điện: Trong thực tế ở điều kiện nhiệt độ bình thường kim cương là một chất cách điện, nhưng nó cũng có thể được nhìn nhận là một chất bán dẫn trong vùng cấm rộng DE = 5,7 ev. Các tạp chất làm giảm giá trị điện trở riêng.
3.2. Tính chất quang học:
– Chiết suất, tán sắc, ánh: Kim cương kết tinh theo hệ lập phương, đơn chiết. Chỉ số khúc xạ trung bình của kim cương (trong ánh sáng vàng natri): 2,4175 ± 0,0003. Khi lượng bao thể trong kim cương tăng lên, chỉ số khúc xạ cũng tăng lên đến giá trị cao nhất là 2,421. Đối với kim cương 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 của kim cương 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
Như vậy chỉ số khúc xạ của kim cương thay đổi rất lớn phụ thuộc vào độ dài bước sóng. Độ tán sắc của kim cương rất lớn bằng 0,065 (chiết xuất của tia đỏ 687,6 nm = 2,4077, chiết xuất của tia tím 430,8 nm = 2,4512), nB – nG = 0,044. Hiệu ứng này trong kim cương tạo ra sắc óng ánh cho viên đá và được gọi là “ánh lửa”.
– Hiện tượng giải dị hướng ở kim cương: Tinh thể kim cương thuộc hệ lập phương, như vậy phải thể hiện đẳng hướng về mặt quang học, tuy nhiên ở nó người ta thường quan sát thấy hiện tượng giả dị hướng. Hiện tượng giả dị 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 kim cương 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 4155 l trong vùng màu tím của dải phổ. Vạch này rõ nét 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 năm ở vùng màu tím. Trong tất cả các vạch 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 thạy vạch rõ và hẹp ở vị trí 5040 A0 ở vùng màu xanh của dải phổ. Các vạch yếu khác là: 5370 A0 và 4980 A0 có thể có mặt.
Cũng có loại kim cương không màu, màu vàng sáng và màu vàng nâu có phát quang màu vàng rực rỡ dưới tia cực tím. Ở những chủng loại này không quan sát được những dải hấp thụ riêng biệt ngoài một vạch yếu ở 4155 A0. Kim cương màu xanh (loại IIb) không qua sát thấy phổ hấp thụ.
– Tính phát quang: Màu sắc phát quang của kim cương rất khác nhau 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 các loại màu. Kim cương 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 gặp những tinh thể có màu nhạt 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 màu đen.
+ Kim cương màu vàng bao gồm loại có pha chút sắc vàng đến loại có màu vàng và vàng rơm tương đối phổ biến hơn so với các loại kim cương có màu khác.
+ Kim cương màu xanh lá cây.
+ Kim cương màu xanh da trời: trong thiên nhiên loại kim cương có màu xanh cửu long hoặc màu xanh da trời rất hiếm, nó thuộc loại IIb tức là loại không chứa N. Tất cả các dạng này thể hiện tính dẫn điện (chất bán dẫn), phát lân quang sau khi chiếu tia cực tím. Người ta cho rằng kim cương loại này chứa B.
+ Kim cương màu hồng hoa huệ và màu nâu ám khói liên quan với các sai hỏng tại các mặt trượt do biến dạng dẻo sau kết tinh. Các sai lệch xuất hiện ở các mặt trượt gây nên sự hấp thụ ánh sáng và tạo nên màu.
+ Kim cương màu trắng sữa, màu xám và màu đen: các vân đục do các sai lệch rất nhỏ trong cấu trúc tinh thể, màu xám và màu đen phụ thuộc vào số lượng các bao thể màu đen.
Việc phân cấp màu sắc kim cương nhóm “không màu” được tiến hành theo các quy định chặt chẽ (sẽ được giới thiệu trong phần phân cấp chất lượng và định giá).
4. Nguồn gốc và phân bố
Kim cương được tạo thành từ những khoáng vật có chứa cacbon dưới nhiệt độ và áp suất rất cao. Trên Trái Đất, mọi nơi đều có thể có kim cương bởi vì ở một độ sâu nào đó thì sẽ tồn tại nhiệt độ đủ cao và áp suất đủ lớn để tạo thành kim cương. Trong những lục địa, kim cương bắt đầu hình thành ở độ sâu khoảng 150 km (90 dặm), nơi có áp suất khoảng 5 gigapascal và nhiệt độ khoảng 1200 độ Celsius (2200 độ Fahrenheit). Trong đại dương, quá trình này xảy ra ở các vùng sâu hơn do nhiệt độ cần cao hơn nên cần áp suất cũng cao hơn. Khi những áp suất và nhiệt độ dần giảm xuống thì viên kim cương cũng theo đó mà lớn dần lên.
Qua những nghiên cứu tỉ lệ các đồng vị (giống như phương pháp xác định niên đại lịch sử bằng C-14) ngoại trừ việc sử dụng những đồng vị bền như C-12 và C-13, carbon trong kim cương được đến từ cả những nguồn hữu cơ và vô cơ. Các nguồn vô cơ có sẵn ở lớp trung gian của Quả Đất còn các nguồn hữu cơ chính là các loại cây đã chết chìm xuống dưới mặt đất trước khi biến thành kim cương. Cả hai nguồn này có tỉ lệ13C:12C khác nhau rất lớn. Kim cương được cho rằng đã hình thành trên mặt đất trước đây rất lâu, khoảng 1 tỉ năm đến 3,3 tỉ năm.
Ngoài ra kim cương còn có thể được hình thành trong những hiện tượng có áp suất và nhiệt độ cao khác. Người ta có tìm thấy trong tâm thiên thạch những tinh thể kim cương có kích thước cực kì nhỏ sau khi chúng rơi xuống đất tạo nên một vùng có áp suất và nhiệt độ cao để phản ứng tạo kim cương xảy ra. Những hạt bụi kim cương được dùng trong khoa học hiện đại để xác định những nơi đã có thiên thạch rơi xuống.
Những đá gốc mang kim cương bị kéo lại gần đến nơi núi lửa phun do áp suất. Khi núi lửa phun, nham thạch phải đi qua vùng tạo ra kim cương 90 dặm (150 km). Điều đó rất hiếm khi xảy ra. Ở dưới có những mạch nham thạch ngầm vận chuyển nham thạch và lưu giữ ở đó nhưng sẽ không trào ra khi núi lửa hoạt động. Những mạch chứa kim cương thường được tìm thấy ở những lục địa cổ bởi vì chúng chứa những mạch nham thạch cổ lâu nhất.
Các nhà địa chất học sử dụng các dấu hiệu sau để tìm những vùng có kim cương: những khoáng vật ở vùng đó thường chứa nhiều crôm hay titan, cũng rất thông dụng trong những mỏ đá quý có màu sáng.
Khi kim cương được các ống nham thạch đưa gần lên mặt đất, chúng có thể bị “rò rỉ” qua một khu vực lớn xung quanh. Một ống nham thạch được đánh giá là nguồn kim cương chính. Ngoài ra còn có thể kể đến một số viên kim cương rải rác do các nhân tố bên ngoài (môi trường, nguồn nước). Tuy nhiên, số lượng này cũng không lớn.
Kim cương còn có thể bị đưa lên mặt đất khi có sự đứt gãy các lục địa mặc dù điều này vẫn chưa được hiểu rõ ràng và hiếm xảy ra.
5. Đặc điểm bao thể
Các bao thể thường gặp trong kim cương bao gồm: bao thể kim cương, granat, olivin, enstatit, diopxit và cromdiopxit, cromspinen, rutin, manhetit, graphit.
Ngoài các bao thể rắn trong kim cương cũng phát hiện thấy các bao thể khí lỏng nhưng rất ít gặp.
Các bao thể trong kim cương còn bao gồm các khe nứt, các đường sinh trường, đường song tinh, phân đới màu …
Phân cấp chất lượng kim cương theo mức độ chứa các bao thể được tuân theo các quy định chặt chẽ (sẽ được giới thiệu trong phần phân cấp chất lượng và định giá).
6. Chế tác
– Các hình dạng chế tác phổ biến của kim cương: hình tròn briliant, ovan, quả lê, hạt thóc, kiểu emơrôt, hình trái tim, hình tấm, tròn đơn và các kiểu “Fancy cut”.
– Kiểu tròn brilliant :
Các phần và sự sắp xếp các mặt giác trong viên kim cương tròn kiểu briliant.
Tên gọi các mặt giác
Số lượng
a. Mặt bàn
1
b. Mặt chính trên (mặt vát)
8
c. Mặt sao
8
d. Mặt trên thắt lưng
16
e. Mặt chính dưới (mặt chính phần đáy)
8
f. Mặt dưới thắt lưng
16
g. Đỉnh chóp
0 hoặc 1
Tổng số mặt
57 hoặc 58
Các bộ phân của một viên kim cương đã chế tác chuẩn
Kĩ thuật cắt kim cương vừa là một môn khoa học vừa là một nghệ thuật. Nó miêu tả quá trình viên kim cương được thành hình và đánh bóng từ dạng viên đá đầu tiên đến một viên ngọc sáng ngời.
Có rất nhiều công trình nghiên cứu toán học được nghiên cứu nhằm làm cho lượng ánh sáng mà nó phản xạ được là nhiều nhất. Một trong số đó là công trình của nhà toán học yêu thích khoáng vật Marcel Tolkowsky. Ông là người nghĩ ra cách cắt hình tròn và đã đề ra các tỉ lệ thích hợp cho nó. Một viên kim cương được cắt theo kiểu hình tròn hiện đại trên bề mặt có tất cả 57 mặt. Trong đó, phần trên có 33 mặt và phần dưới có 24 mặt. Phần trên có nhiệm vụ tán xạ ánh sáng thành nhiều mằu sắc khác nhau trong khi phần bên có nhiệm vụ phản xạ ánh sáng.
Tolowsky đã đưa ra các tỉ lệ sau
- Tỉ lệ giữa đường kính mặt trên cùng và đường kính mặt giữa: 53%
- Tỉ lệ giữa độ sâu và đường kính mặt giữa: 59,3%
- Góc giữa mặt dưới và phương ngang: 40,75°
- Góc giữa mặt trên và phương ngang: 34,5°
- Tỉ lệ giữa độ sâu phần dưới và đường kính mặt giữa: 43,1%
- Tỉ lệ giữa độ sâu phần trên và đường kính mặt trên: 16,2%
Ngoài ra ở chóp dưới viên kim cương phải nhọn, nếu không thì ánh sáng sẽ đi qua dễ dàng. Thế nhưng trong thực tế thì người ta thường làm với đường kính bằng 1-2% đường kính mặt giữa.
7. Các nhận biết kim cương
7.1. Những dấu hiệu nhận biết kim cương bằng mắt thường:
– Ánh: đặc điểm đặc trưng của kim cương là có ánh kim cương, được tạo bởi độ cứng có một không hai của nó, hệ số khúc xạ cao, độ tán sắc lớn và bàn tay điêu luyện của người thợ mài.
– Độ cứng là 10 theo thang Mohs tạo cho sản phẩm kim cương sau khi chế tác một bề mặt rất phẳng và bóng với những cạnh giữa các mặt thẳng và sắc nét.
– Kim cương được chế tác hoàn hảo, trên thực tế tất cả ánh sáng vào viên kim cương qua mặt trên của viên đá được phản xạ toàn phần bởi những mặt facet đáy, không có phần ánh sáng nào qua viên kim cương được. Như vậy khi quan sát viên kim cương từ dưới lên ta chỉ nhìn thấy một chấm sáng rất nhỏ ngoài ra không nhìn thấy gì khác mặc dù viên kim cương là trong suốt.
– Chiết xuất, độ tán sắc của kim cương lớn hơn hẳn các loại đá khác (ngoại trừ fabulit 0,190 và rutin nhân tạo có độ tán sắc cao hơn, nhưng rutin lại có khúc xạ kép và fabulit có độ cứng thấp hơn nhiều).
– Phần sót của các mặt tự nhiên ở phần thắt lưng. Ngoài các tam giác mọc trên rìa còn thấy phần rìa rất thô sơ với các loại đá khác.
– Ái lực cao với dầu mỡ: nếu mặt viên kim cương đã chế tác bị sờ tay vào sẽ có một lớp váng dầu mỏng ở bề mặt.
7.2. Xác định kim cương bằng các thiết bị
– Chiết suất: + Trong các đá tự nhiên chỉ có zircon (n = 1,926 – 1,985), demantoid (n = 1,89) và sfen (n = 1,9 – 2,03) có chiết xuất gần giống kim cương. Trong đó chỉ có zircon là không màu và chỉ có demantoid là đẳng hướng. Zircon và sfen quan sát dưới kíp lúp sẽ thấy các cạnh đáy bị nhân đôi, còn demantoid sẽ thấy bao thể “đuôi ngựa” đặc trưng.
– Trong số các đá nhân tạo có rutin (n = 2,62 – 2,90) và titanat stronxi (fabulit n = 2,41) có chiết suất gần giống với kim cương và fabulit lại là đẳng hướng. Rutin có thể nhận thấy ngay bởi hiện tượng khúc xạ kép rất rõ, nó có ánh rất mạnh (gần như opan lửa) có sắc vàng rất rõ. Fabulit có ánh lửa hơn hẳn kim cương, nhưng fabulit lại có độ cứng rất thấp.
– Đối với các loại đá nhân tạo không màu như saphia và spinen có thể phân biệt bằng chiết suất hoặc nhúng vào iodua metylen.
– Tính phát quang: Ngoại trừ dùng tia X có thể phân biệt được kim cương, còn tính phát quang nói chung của kim cương không phải là tính chất giám định vì kim cương phát quang rất khác nhau. Tuy nhiên đây cũng là tính chất có tác dụng hỗ trợ.
– Phổ hấp thụ: Hầu hết kim cương đều có dải hấp thụ ở vùng tím sẫm (415 nm). Tốt nhất là dùng lọc mầu lam, nhìn song song với mặt phẳng thắt lưng. Khi thấy vạch hấp thụ này thì chắc chắn đó là kim cương. Trong loại kim cương “cape” ngoài vạch này còn nhìn thấy vạch ở vùng xanh tím 478 nm.
– Các đặc điểm bên trong: Các bao thể trong kim cương khá đặc trưng có thể quan sát dưới kính hiển vi hay kính lúp: các đường song tinh, đường sinh trưởng, vết cát khai và những bao thể của các khoáng vật khác như: manhetit, graphit, spinen, pirop, dipxit và enstatit, kim cương …
– Hiện tưởng giả dị hướng: Cũng là dấu hiệu khá đặc trưng của kim cương. Khi quan sát ở dưới hai nicon vuông góc với nhau ta quan sát thấy các tối luân phiên với các đốm màu.
– Độ cứng: Kim cương cứng hơn hẳn tất cả các loại đá khác do vậy bằng phương pháp thử độ cứng dễ dàng nhận biết kim cương.
– Tỷ trọng: Có thể dùng phương pháp cân tỷ trọng và sử dụng dung dịch tỷ trọng. Ngoài ra vì kim cương được chế tác chuẩn (kiểu briliant) nên giữa khối lượng và kích thước của nó có một tỷ lệ không đổi, như vậy có thể ước lượng được khối lượng của nó từ kích thước đường kính của viên đá. Những vật liệu có khối lượng riêng khác với kim cương sẽ không đúng với tỷ lệ này.
– Độ dẫn nhiệt: Dùng bút thử kim cương, độ dẫn nhiệt của kim cương phụ thuộc vào tỷ lệ N trong kim cương, kích thước của nó và nhiệt độ môi trường bên ngoài. Có một loại đá thay thế kim cương là mosanit cũng có độ dẫn nhiệt cao hơn kim cương và không thể phân biệt bằng phương pháp này.
Dựa vào sức hút bề mặt người ta chế tạo ra bút thử kim cương dùng loại mực đặc biệt, khi vẽ lên kim cương sẽ cho đường liền nét, còn trên các khoáng vật khác sẽ có đường đứt đoạn.
7.3. Đá giả kim cương và phương pháp nhận biết
KIM CƯƠNG VÀ ĐÁ THAY THẾ KIM CƯƠNG
Loại
Chiết suất
Lưỡng chiết suất
Tán sắc
Tỷ trọng
Độ cứng
Kim cương
2,147
Dị thường
0,044
3,52
10
Y3Al5O12
ytrium aluminat
YAG
1,835
Dị thường yếu
0,028
4,55-4,65
8-1/4
Gd3Ga5O12Gadolinium galliant
Galliant
2,03
Đẳng hướng
0,038
7,05
6-1/2
ZrO2 + CaO
Djevalit
2,17
Đẳng hướng
0,060
5,65
8-1/2
ZrO2 + Y3O5
Zirconia
2,18
Đẳng hướng
0,060
6,00
8-1/2
SrTiO3 Strontium titanat
fabulit
2,409
Đẳng hướng
0,190
5,13
5-6
Rutin nhân tạo
2,62-2,90
0,287
0,330
4,25
61/2-7
Zircon
1,92-1,98
0,054
0,038
4,70
71/2
Saphia tự nhiên và nhân tạo
1,76-1,77
0,008
0,018
4,00
9
spinen nhân tạo
1,73
Dị thường
0,020
3,65
8
Topaz
1,61-1,62
0,008
0,014
3,58
8
Berin
1,57-1,58
0,006
0,014
2,72
71/2-8
– Mosanit (SiC – Carbid Silic): Là loại đá thay thế kim cương nhất, là loại gần giống với kim cương nhất trong các loại đá thay thế.
Màu
Hầu như không màu (G – J) đến vàng sáng, xanh lá cây, xám
Độ cứng
91/4 có vạch được corindon
Tỉ trọng
3,20 – 3,24
Chiết suất
n = 2,6 + 8
n = 2,691
Lưỡng chiết
0,043
Tán sắc
0,104
Phát quang – LW
– SW
Hầu hết trơ, một vài mẫu phát quang màu da cam yếu
Trơ
Phổ hấp thụ
Bị mất phần dưới 425 mm
Tính dẫn nhiệt
Có kết quả như đối với kim cương khi sử dụng thiết bị đo độ dẫn nhiệt như kim cương
Tính dẫn điện
Một vài mẫu thể hiện tính dẫn điện
7.4. Kim cương có màu do xử lý, đặc điểm phân biệt
Màu
Màu tự nhiên
Màu nhân tạo
Vàng
Tất cả các màu vàng:
– Vạch 415,5 nm rõ, các vạch khác yếu
Các màu vàng:
– Vạch 594 nm rõ; 498 nm; 504 nm
Nâu
Tất cả các màu nâu
– Rõ vạch 504 mm, các vạch yếu hơn 498 nm, 537 nm
a. Nâu nhạt đến nâu đỏ
b. Nâu vàng đến nâu đậm
c. Vạch 594, 637, 620, 610
2. Vạch 448 và 504
Xanh lá cây
Rất hiếm
– 504 rõ, 498 yếu hoặc không có
Hiệu ứng chiếc dù hoặc vòng đen ở thắt lưng
Xanh da trời
Loại IIb, bán dẫn
Loại Ia, không dẫn điện
TS. Phạm Văn Long
