A. 鑽石為什麼堅硬，是因為元素排列的原因嗎
因為鑽石具有獨特的內部結構。
鑽石象徵著高貴的身份和地位。只知鑽石稀有，不知鑽石的本質。1772年，瓦錫將鑽石加熱燃燒，成功測得燃燒後的產物有水和二氧化碳，至此鑽石的面紗被人類揭開。
目前為止，金伯利岩礦脈分布在南非和俄羅斯以及中國等少數國家，以南非著名，“庫利南鑽石”重達3106克拉。
鑽石堅硬，什麼工具才能切割和加工？可能不信，加工鑽石要比加工其它礦石要相容易。在200年前，鑽石工匠利用經驗判斷鑽石紋路，然後劈開。
B. 是什麼原因使鑽石那麼堅硬的
現代科學技術 、手段為探索鑽石的形成提供了新思路和方法。鑽石是世界上最堅硬的、成份最簡單的寶石，它是由碳元素組成的、具立方結構的天然晶體。其成份與我們常見的煤、鉛筆芯及糖的成份基本相同，碳元素在較高的溫度、壓力下，結晶形成石墨（黑色），而在高溫、極高氣壓及還原環境（通常來說就是一種缺氧的環境）中則結晶為珍貴的鑽石（白色）。
C. 鑽石為何如此堅硬
你也許不曾想到，黑色的石墨和亮閃閃的金剛石其實是由同一種元素——碳構成的，只是它們的外表和性質大不相同。
石墨的質地非常軟，只要在紙上輕輕一劃，就會留下灰黑色的痕跡，鉛筆芯就是用石墨製造的。金剛石是所有自然物質中硬度最高的：人們用鑲著金剛石的刀來切割玻璃，無不「迎刃而解」；鑽探機的鑽頭上鑲著金剛石，能大大加快向地下鑽進的速度；金剛石還能用來加工各種硬度較高的金屬。
石墨和金剛石都是碳元素構成的，為什麼它們的性質相差如此懸殊呢？
原來，石墨中的碳原子是成層排列的，每層原子之間的A合力很小，就像一副疊起來的撲克牌，很容易滑動、散開。而金剛石中的碳原子是整齊排列的立體結構，每個碳原子都緊密地與其他4個碳原子連接，構成一個牢固的結晶體，因而顯得特別堅硬。
天然金剛石的產量很少，只有在非常高的溫度和巨大的壓力之下，地下熔岩里的碳才有可能形成金剛石。由於它產量少、價格貴，人們往往會利用高溫高壓來合成人造金剛石。
D. 為什麼鑽石最堅硬
鑽石的硬度如此之大，和它們內部的原子分布有著直接的關系，原子排布的越緻密，物質的硬度就越大。
其實鑽石內部也沒什麼特別的東西，就只是一堆碳原子而已，碳原子是自然界中非常常見的原子。石墨裡面也都是這樣的碳原子，如果從微觀上來說，鑽石和石墨簡直就是親得不能再親的兄弟倆。
但是石墨是什麼東西？我們寫字的鉛筆里含有很多的石墨，石墨是一種非常柔軟的物質，比我們的指甲還要軟，大家都是碳原子構成的物質，怎麼就差這么多呢？
石墨和鑽石之所以差別這么大，都是因為內部碳原子的站位問題。我們知道，在平面結構中，最穩定的形狀就是三角形，但是在三維立體結構中，最穩定的結構當屬鑽石中碳原子的排列分布。
鑽石內部的每個碳原子周圍都有4個碳原子和它手拉著手緊緊地靠在一起，這樣緻密的三維結構是自然界中任何一種物質都比不上的。
鑽石的密度可達每立方厘米3.5克，這可是石墨的1.5倍，比起石墨來，鑽石內部的「原子平均佔地面積」可謂非常緊張。
地方不夠，結構來湊，正是如此，被擠得滿滿當當的碳原子才締造出了自然界最硬的物質。
有壓力才有動力，鑽石的硬度可以說都是被擠出來的。
不過硬度大不代表強度也大啊！鑽石只是不容易劃出痕跡而已，它們掉地上一樣會碎，它們也一樣會被切割成不同的形狀。
E. 鑽石的硬度很高，它是世界上最硬的東西嗎
被我們地球人當成珍寶的鑽石，除了看上去非常漂亮以外，還有一個更重要的特性，那就是它的硬度。迄今為止，鑽石依然是地球上已發現的最硬的天然物質，其莫氏硬度達到了10，因此鑽石不光可以用來作為珠寶收藏，還可廣泛應用於各種行業，具有比較高的實用價值。
但這也並不是說鐵錘就比鑽石強，如果你將鐵錘壓在鑽石上緩緩用力，那麼不管你用多大的力，鑽石都不會碎，而鐵錘就會與之前我們想像的那樣，被鑽石頂出一個凹痕。
據說日本的一家公司曾經做過一個實驗，將該公司製造的人工鑽石放置於鋼板上，然後用壓路機從上面緩慢慢地壓過去，實驗結果是鑽石毫發無損，完勝壓路機。可以想像的是，如果該實驗中的壓路機開快一點，那麼可能就是另外的結果了。
綜上所述，大家不要以為鑽石是最硬的就是無敵的，事實上
F. 鑽石和石墨的成分都是C，為什麼鑽石的硬度更高
石墨內部的碳原子呈層狀排列，一個碳原子周圍只有3個碳原子與其相連，碳與碳組成了六邊形的環狀，無限多的六邊形組成了一層。層與層之間聯系力非常弱，而層內三個碳原子聯系很牢，因此受力後層間就很容易滑動，這就是石墨很軟能寫字的原因。 鑽石內部的碳原子呈「骨架」狀三維空間排列，一個碳原子周圍有4個碳原子相連，因此在三維空間形成了一個骨架狀，這種結構在各個方向聯系力均勻，聯結力很強，因此使金剛石具有高硬度的特性。
G. 鑽石為什麼這么硬
鑽石的成分和晶體結構
鑽石的主要成分是碳(C)， 含C量96%-99.9%。即使很純凈的鑽石也含有0.001%的雜質。鑽石中的雜質組分有Si、Al、Ca、Mg、Mn、Ti、Cr、N 等。 除 N 以外，其餘雜質通常都以礦物包裹體形式存在，鑽石中常含有磁鐵礦、鈦鐵礦、鎂鋁榴石、鉻透輝石、橄欖石、石墨等礦物包裹體。
氮(N)是鑽石中一種重要的雜質組分，N在鑽石晶體結構中組成各種缺陷中心，可以單個N、A中心、B中心、N3小晶片等形式存在。 根據N的含量和聚結形式可將鑽石劃分為Ⅰ型和Ⅱ型。Ⅰ型鑽石含N量較多(0.05%-0.3%)。 Ⅰa型鑽石中N以N3小晶片形式存在，Ⅰb型鑽石中N以分散狀態的順磁方式存在。
Ⅱ型鑽石含N量較少(<0.05%)，N呈自由狀態存在。Ⅰ型和Ⅱ型鑽石在某些物理性質上有所不同。自然界的鑽石絕大部分是Ⅰ型鑽石。
鑽石為等軸晶系，晶體結構為立方面心格子，晶胞參數a°=3.56A(1A=1mm/1千萬)(見左圖)。C原子位於立方晶胞的八個角頂和六個面中心，並在其八個小立方格的半數中心相間地分布著四個C原子，每個C原子都與周圍四個C原子相連接，每兩個相鄰C原子之間的距離都相等(1.54A)。這種結構C原子間形成極其牢固的共價鍵， 要分開這種化學健必須給以很大的能量。這就決定了金剛石具有一些特殊的性質，如極高的硬度和化學穩定性。
鑽石的晶形最常見的是八面體，其次是菱形十二面體，較少見的是立方體。此外，可長成各種復雜形態的聚形或歪晶。
H. 鑽石那麼硬到底是如何形成的
鑽石也被稱為金剛石，是世界上最堅硬的天然物質，摩氏硬度達到了10。
首先，化學方面分析，鑽石基本上成分就是碳。從試驗中對於晶苞的分析，鑽石就是由碳原子六合形成的整體，強度大，是因為採用了與一般的煤炭等排列不同的，也是晶體代表，鑽石具有固定的熔點，簡單的分析鑽石，鑽石的形成的生成其實是在地球深處，高壓、高熱條件下生成的。
其次，鑽石的運動，在地殼以下形成之後，鑽石要經過火山熔岩的運動被帶到地面上來，比較有名的就是***岩石，很多岩石裡面就包含著天然的金剛石。鑽石因為後續的運動、先天的排列，主要有常見的圓形、橢圓形、心形等，其中圓鑽是很常見的，也是銷售市場相當多的。
再者，鑽石的形成是地殼內部高溫高壓的作用，人工鑽石的研究有數十年的時間，但是高爆狀態下產生的鑽石是無法與天然鑽石相媲美的，一般都是用於工業生產的方面。根據科學家的研究，世界礦山各處的鑽石大約都在33億年前形成，說明了時代的久遠。
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I. 化學問題 從結構上來回答鑽石為什麼硬
是穩定的四面體結構。
在鑽石晶體中，碳原子按四面體成鍵方式互相連接，組成無限的三維骨架，是典型的原子晶體。每個碳原子都以SP3雜化軌道與另外4個碳原子形成共價鍵，構成正四面體。由於鑽石中的C-C鍵很強，所以所有的價電子都參與了共價鍵的形成，沒有自由電子，所以鑽石不僅硬度大，熔點極高，而且不導電。
結構圖片見參考資料。