【明報專訊】「鑽石恒久遠，一顆永流傳」，可能是全世界最成功的珠寶首飾宣傳語句，令女士們對這顆自然界中最硬、閃閃生輝的寶石情有獨鍾。其實鑽石本身是由碳原子組成，跟製成鉛筆芯的黑色石墨一樣，為什麼同樣是碳原子，兩者之間卻有天淵之別？
Van Cleef & Arpels L'ÉCOLE珠寶藝術學院首個海外分校最近在香港成立，開設各種和珠寶相關的課程，這次便找來兩位寶石專家跟大家解釋鑽石背後的科學。
世上物質都是由原子（atom）組成，原子的排列方式和結構會影響物質的特性。同樣的碳（carbon）原料，可以鑽石的形態存在，像玻璃一樣完全透明，具有高度反射、折射率；但同時間也有燒烤用的木炭或鉛筆芯中的黑色石墨形態，這其實都跟碳原子的特別排列方式有關。
鑽石碳原子組成強力共價鍵
L'ÉCOLE珠寶藝術學院寶石學家吳飛洋解釋，在碳原子結構中，外圍有4粒電子（electron）；而碳原子有一個特性，就是希望外圍集齊8粒電子，這樣它們會趨向穩定。為了滿足集齊8粒電子的願望，碳原子之間會以不同方法分享電子。在鑽石形態中，每顆碳原子會連結另外4顆碳原子，每顆碳原子外圍的4粒電子，會跟旁邊碳原子的電子組成共價鍵（covalent bond），碳原子會互相「分享」共價鍵內的電子，那樣每個碳原子「看起來」便有8顆外圍電子了。共價鍵是十分強力的連結，如果要將鑽石打散，便要同時斬斷碳原子跟另外4粒原子之間的共價鍵，那是相當困難，這也是為何鑽石能成為自然界中最硬物料的原因。
同樣由碳原子組成的石墨，每顆碳原子卻只會跟另外3顆原子組成共價鍵，形成一層層平面的蜂巢六角形網狀結構；而同時間每顆碳原子也將其第4粒電子「捐出來」，形成一個電子海（sea of electrons），由所有碳原子一同分享這些電子，令大家「自我感覺」有8粒電子。每層網狀結構之間由范德華力（Van der Waals force）維繫，來自分子之間的相互作用力，相比起共價鍵的力量則薄弱得多，所以當遇到摩擦時，一層層的石墨結構會輕易剝落，這正是石墨可以用作鉛筆芯書寫的原因。
高壓高溫生成天然鑽石
鑽石和石墨都是碳原子，但如何形成？天然鑽石於非常高的溫度和壓力環境下形成。通常發生在地幔的有限區域，距離地表以下約150至180公里，溫度至少為攝氏1050度；石墨則會在相對低溫低壓的情况下成形。除了較為人熟悉的鑽石和石墨，碳原子其實還有很多種不同形態，例如呈球狀的碳60（由60粒碳原子組成的球狀結構）和管狀的Carbon Nanotubes納米碳管，因為碳原子排列的分別，各有不同特性，在科技上也有不同應用，例如納米碳管可作為模具，內部填充金屬、氧化物等物質後再把碳層腐蝕掉，就可以製作出最細的納米尺度的導線，置於矽晶片上製作複雜的電路。
L'ÉCOLE珠寶藝術學院亞太區分校董事總經理Elise Gonnet-Pon說：「其實很多香港人對寶石、珠寶有很濃厚的興趣，這也是為什麼我們之前在香港舉行了3次短期課程後，決定在港開設永久分校的原因。」
◆專家意見：
．Élise Gonnet-Pon：L'ÉCOLE珠寶藝術學院亞太區分校董事總經理
．吳飛洋：L'ÉCOLE珠寶藝術學院寶石學家
