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.