Kim cương là gì? Tìm hiểu về kim cương

Kim cương từ lâu đã được biết đến như biểu tượng của sự vĩnh cửu và sự hoàn mỹ. Với vẻ đẹp lấp lánh và độ cứng đứng đầu trong các loại khoáng sản, kim cương không chỉ là một loại đá quý được ưa chuộng mà còn mang nhiều giá trị về văn hóa và khoa học. Nhưng kim cương thực sự là gì? Để hiểu rõ hơn về nguồn gốc, đặc điểm, và giá trị của kim cương, hãy cùng chúng tôi khám phá trong bài viết này. 

Kim cương là gì?

Kim cương là một trong hai dạng thù hình nổi tiếng nhất của Carbon, bên cạnh than chì. Với độ cứng vượt trội và khả năng quang học tuyệt vời, kim cương không chỉ được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp mà còn được sử dụng phổ biến trong ngành kim hoàn, đặc biệt là những viên kim cương có chất lượng tốt nhất. 

Kim cương được xem là loại khoáng sản có tính chất vật lý hoàn hảo, là vật liệu lý tưởng để tạo ra các bề mặt nhám. Điều đặc biệt là chỉ có kim cương hoặc các tinh thể carbon dạng lồng như ADNR mới có thể cắt được kim cương, điều này giúp chúng giữ được bề mặt đánh bóng rất lâu và tốt. Mỗi năm, khoảng 150 triệu carat (30.000 kg) kim cương được khai thác, với tổng giá trị lên đến 10 tỷ đô la Mỹ. Ngoài ra, còn có khoảng 100.000 kg kim cương được chế tạo trong phòng thí nghiệm.

Tên gọi “kim cương” bắt nguồn từ tiếng Hán, có nghĩa là “kim loại cứng,” trong khi ở Hy Lạp, chúng được gọi là “adamas,” nghĩa là “không thể phá hủy.” Từ 2.500 năm trước, kim cương đã được người Ấn Độ sưu tầm như một loại đá quý và sử dụng trong các biểu tượng tôn giáo. Thậm chí, người cổ đại đã biết sử dụng kim cương để chế tạo các mũi khoan.

Vào thế kỷ 19, kim cương mới thực sự trở nên phổ biến khi kỹ thuật cắt và đánh bóng phát triển mạnh mẽ, cùng với sự dư dả trong kinh tế toàn cầu. Nhu cầu làm đẹp tăng cao đã thúc đẩy các nhà kim hoàn triển khai những chiến dịch quảng cáo rầm rộ cho loại đá quý hiếm này.

Cấu trúc hóa học của Kim Cương

Kim cương được cấu tạo từ các nguyên tử Carbon (C) duy nhất, sắp xếp chặt chẽ trong một cấu trúc lập phương gọi là ô cơ bản có thể tích nhỏ nhất. Điều này tạo ra mật độ nguyên tử tương đối cao với tỷ trọng SG=3.52, đồng thời mang lại độ cứng vượt trội (độ cứng Mohs = 10), đứng đầu trong tất cả các loại đá quý tự nhiên và nhân tạo. 

Trong tự nhiên, nguồn Carbon để hình thành kim cương chủ yếu đến từ thực vật và carbonate. Qua quá trình địa chất, khi bị chôn vùi, chúng chuyển hóa thành than bùn, than đá, hoặc than chì. 

Khi môi trường đủ điều kiện về nhiệt độ và áp suất, các nguyên tử Carbon được nén chặt lại với nhau, hình thành kim cương trong cấu trúc tinh thể lập phương. Trong ô cơ bản của cấu trúc này, các nguyên tử Carbon chiếm vị trí ở các đỉnh, tâm các mặt vuông và có thêm 4 nguyên tử Carbon nằm ở trung tâm.

Cách kết tinh theo hệ lập phương này tạo ra một môi trường đẳng hướng, khiến cho vận tốc ánh sáng truyền qua tinh thể không thay đổi theo mọi phương, với chiết suất RI=2.417. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, chiết suất này có thể không hoàn toàn ổn định, khi đó hiện tượng lưỡng chiết bất thường có thể xuất hiện. 

Khi quan sát qua hai nicol vuông góc, hiện tượng tắt hẳn của môi trường đẳng hướng chuyển sang dị hướng tại những khu vực không hoàn toàn tắt (strong strain). Khối lượng riêng của kim cương là 3.50 g/cm³.

Tính chất vật lý

Độ cứng

Kim cương là chất liệu cứng nhất được tìm thấy trong tự nhiên và nhân tạo, với độ cứng đạt 10/10 trên thang độ cứng Mohs dành cho các khoáng vật. Độ cứng đặc biệt này đã được biết đến từ rất lâu và chính là lý do mà kim cương được gọi là “kim loại cứng.”

Những viên kim cương cứng nhất được tìm thấy ở vùng New England, bang New South Wales (Úc). Những viên kim cương này thường nhỏ và chủ yếu được dùng để đánh bóng các viên kim cương khác. 

Mặc dù cùng là kim cương, nhưng độ cứng của chúng có thể khác nhau do quá trình hình thành. Những viên kim cương hình thành một lần sẽ cứng hơn những viên trải qua nhiều giai đoạn hình thành, vì quá trình này có thể tạo ra các lớp hoặc vết khiến độ cứng giảm.

Ngành công nghiệp đã sử dụng kim cương từ lâu nhờ vào tính chất cứng rắn của nó. Trong số hơn 3.000 loại khoáng vật mà con người biết đến, kim cương là khoáng vật có giá trị cao nhất. Với độ cứng vượt trội, kim cương được sử dụng để đánh bóng, cắt mọi bề mặt, thậm chí là cắt một viên kim cương khác. Trong công nghiệp, kim cương thường được dùng làm mũi khoan, lưỡi cưa hoặc bột mài.

Từ xa xưa, kim cương đã được sử dụng làm mũi khoan và dụng cụ khắc chữ. Độ cứng của kim cương cũng khiến nó trở thành lựa chọn hoàn hảo cho trang sức, vì chỉ có kim cương mới có thể làm trầy xước kim cương, giúp nó luôn sáng bóng qua thời gian.

Khác với nhiều loại đá quý khác chỉ thích hợp cho những dịp đặc biệt, kim cương có thể được đeo hàng ngày vì khó bị trầy xước. Điều này lý giải tại sao kim cương thường được đính trên nhẫn đính hôn hoặc nhẫn cưới, và tại sao các tập đoàn nữ trang hàng đầu thế giới luôn quảng bá với khẩu hiệu “diamonds are forever” để nhấn mạnh sự trường tồn của trang sức kim cương.

Độ giòn

Mặc dù cứng rắn, nhưng kim cương lại có độ giòn chỉ ở mức trung bình. Cấu trúc tinh thể của kim cương không chịu được tác động mạnh, do đó, kim cương vẫn có thể bị vỡ trong quá trình sử dụng.

Màu sắc

Kim cương tồn tại ở nhiều màu sắc khác nhau, bao gồm không màu, xanh dương, xanh lá cây, cam, đỏ, tía, hồng, vàng, nâu và đen. Màu sắc của kim cương tự nhiên thường do tạp chất, trong đó Nitơ là nguyên nhân chính tạo ra màu sắc cho kim cương.

Độ bền nhiệt độ

Ở áp suất khí quyển (1 atm), kim cương không ổn định và có thể bị phân hủy giống như than chì. Kim cương có thể cháy ở khoảng 800°C trong điều kiện có đủ oxy. Tuy nhiên, trong điều kiện nhiệt độ và áp suất bình thường, một viên kim cương sẽ cần thời gian bằng khoảng thời gian để vũ trụ hình thành (15 tỷ năm) mới có thể chuyển thành than chì.

Tính chất quang học

Kim cương có khả năng tán sắc cao, do chiết suất biến đổi nhanh theo bước sóng ánh sáng. Điều này giúp kim cương biến ánh sáng trắng thành những tia sáng màu sắc rực rỡ, tạo nên vẻ đẹp độc đáo của trang sức kim cương. Chiết suất của kim cương khoảng 2.417, cao hơn gấp 1.5 lần chiết suất của thủy tinh thông thường.

Độ lấp lánh của kim cương, đặc trưng bởi cách ánh sáng tác động lên bề mặt viên kim cương, thường được mô tả là “adamantine.”

Tính dẫn điện

Ngoại trừ kim cương xanh dương, hầu hết các loại kim cương đều là chất cách điện tốt. Kim cương xanh dương có khả năng dẫn điện do chứa tạp chất dẫn điện, trong khi các loại kim cương khác thì không. Tuy nhiên, một số kim cương xanh dương tìm thấy ở Úc lại không dẫn điện do không chứa tạp chất dẫn điện.

Tính dẫn nhiệt

Cấu trúc tinh thể chặt chẽ của kim cương khiến nó có khả năng dẫn nhiệt gần như hoàn hảo.

Lịch sử hình thành lên Kim Cương

Quá trình hình thành kim cương

Kim cương được hình thành cách đây khoảng 3,3 tỷ năm từ các khoáng vật chứa carbon dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất cao sâu trong lòng đất và đại dương. Ở độ sâu khoảng 150 km dưới lớp vỏ Trái đất, kim cương bắt đầu hình thành với áp suất khoảng 4,905 tỷ kg và nhiệt độ khoảng 1.200°C. Quá trình này xảy ra ở những vùng sâu hơn trong đại dương, do yêu cầu nhiệt độ và áp suất lớn hơn. Khi áp suất và nhiệt độ giảm dần, kim cương từ từ lớn lên.

Thông qua nghiên cứu tỷ lệ các đồng vị (tương tự như phương pháp xác định niên đại bằng C-14), các nhà khoa học đã phát hiện rằng carbon trong kim cương có nguồn gốc từ cả các nguồn hữu cơ và vô cơ. Nguồn vô cơ đến từ lớp trung gian của Trái đất, trong khi nguồn hữu cơ chính là các cây cổ đại đã chết và bị chôn vùi dưới lòng đất trước khi chuyển hóa thành kim cương. Tỷ lệ 13C:12C khác nhau rất lớn giữa hai nguồn này.

Kim cương được cho là đã hình thành trên Trái đất từ rất lâu, khoảng từ 1 tỷ đến 3,5 tỷ năm trước. Ngoài ra, kim cương cũng có thể hình thành trong những hiện tượng áp suất và nhiệt độ cao khác, chẳng hạn như tại tâm thiên thạch. Khi thiên thạch rơi xuống đất, chúng tạo ra vùng có áp suất và nhiệt độ cao, dẫn đến sự hình thành các tinh thể kim cương nhỏ. Những hạt bụi kim cương này được sử dụng trong khoa học hiện đại để xác định những nơi thiên thạch đã rơi xuống.

Quá trình hình thành kim cương tự nhiên đòi hỏi điều kiện rất cụ thể, với áp lực dao động từ 4,41 đến 5,88 triệu tấn (4,5 đến 6 GPa) và nhiệt độ tương đối thấp từ 900 đến 1.300°C (1.650 đến 2.370°F).

Kim cương trên bề mặt Trái đất

Các viên đá chứa kim cương được kéo lên gần bề mặt Trái đất qua các đợt phun trào núi lửa. Khi núi lửa phun, nham thạch từ sâu trong lòng đất đi qua vùng chứa kim cương ở độ sâu 150 km, mang theo kim cương lên bề mặt. Những dòng nham thạch chứa kim cương thường được tìm thấy ở các lục địa cổ vì chúng chứa những mạch nham thạch cổ xưa nhất. 

Ngoài ra, kim cương cũng có thể được tìm thấy rải rác trong các nguồn nước và môi trường bên ngoài, tuy nhiên số lượng này rất ít. Kim cương cũng có thể xuất hiện khi các lục địa bị đứt gãy, mặc dù điều này rất hiếm khi xảy ra. Các nhà địa chất học đã tìm ra rằng các vùng đất có chứa nhiều Crom hoặc titan thường có dấu hiệu chứa kim cương, cùng với nhiều loại đá quý khác như ruby.

Tiêu chuẩn xác định giá trị kim cương

Để xác định giá trị của một viên kim cương, Hiệp hội Ngọc học Anh (GIA) sử dụng tiêu chuẩn 4C. Một viên kim cương có giá trị cao khi đáp ứng các tiêu chuẩn về: màu sắc (Color), độ tinh khiết (Clarity), kỹ thuật cắt (Cut), và trọng lượng (Carat). Ngoài ra, kim cương còn có thể được đánh giá theo tiêu chuẩn 6C, bao gồm thêm yếu tố “Cost” (Giá cả) và “Certification” (Giấy chứng nhận, kiểm định).

Kim cương có nhiều ở đâu?

Khoảng 49% lượng kim cương trên thế giới được khai thác tại khu vực Trung Phi và Nam Phi, mặc dù một số lượng lớn kim cương cũng được phát hiện ở các quốc gia khác như Canada, Ấn Độ, Nga, Brazil, và Úc. Hầu hết kim cương được khai thác từ các miệng núi lửa đã ngừng hoạt động, nơi sâu trong lòng Trái Đất, nơi mà áp suất và nhiệt độ cao đã làm thay đổi cấu trúc của các tinh thể. 

Việc khai thác kim cương cũng là chủ đề của nhiều cuộc tranh chấp. Ngoài ra, đã có những tranh cãi cho rằng tập đoàn De Beers đã tận dụng vị thế độc quyền trong ngành cung cấp kim cương để kiểm soát giá cả trên thị trường, mặc dù thị phần của công ty này đã giảm xuống còn 50% trong những năm gần đây.

Hy vọng rằng thông tin trong bài viết đã giúp bạn có cái nhìn toàn diện hơn về kim cương, từ quá trình hình thành đến việc khai thác và những yếu tố ảnh hưởng đến thị trường kim cương toàn cầu. Việc hiểu rõ về kim cương không chỉ giúp bạn trân trọng hơn vẻ đẹp và giá trị của loại đá quý này mà còn nhận thức được những vấn đề phức tạp xoay quanh nó.