다이아몬드의 성질과 생성 과정

다이아몬드의 물리적 성질

다이아몬드는 자연적으로 생성된 광물 중 공식적으로 인정된 가장 단단한 물질로 모스경도(Mohs hardness)의 척도 10단계 중 10단계의 최고의 척도를 자랑한다. 경도란, 다른 물질의 표면을 긁었을 때 얼마나 상대적 저항성이 있는지 나타내는 물리적 척도 중 하나이다. 그러나 깨짐에는 약할 수 있다. 다이아몬드의 결정면을 따라 약한 부분에 충격을 받으면 어느 일정한 방향을 따라 잘 쪼개지는 성질의 벽개(cleavage) 면이 있는데, 이는 다이아몬드의 결정 구조에서 약한 부분에 적절하지 않은 방향으로 충격을 가하면 깨질 수 있다는 것을 의미한다. 그러나 다이아몬드는 벽개면을 제외한 방향에서는 매우 단단하고 내구성이 뛰어나기 때문에 일반적으로 깨지기 쉬운 물질은 아니다.

다이아몬드 분자의 구조 및 화학적 성질

다이아몬드는 탄소로 구성된 결정체로 탄소의 원자번호는 6이다. 다이아몬드는 다른 탄소 원자와 공유 결합을 형성하는 4쌍의 원자를 가지고 있으며 결합은 단일 결합이다. 이러한 공유 결합은 다이아몬드의 단단하고 강한 물리적 특성의 기초이다. 이 구조는 다이아몬드의 높은 경도, 우수한 광선 투과율,  화학적 안정성, 높은 열전도율, 낮은 열 팽창도, 전기 절연 및 기타 특성을 부여하며 대부분의 산 및 알칼리 화학적 특성에 안정적이다.
 

생성 및 발견 환경

다이아몬드는 지구내부의 상부 맨틀과 지각 사이의 매우 높은 압력과 온도 조건에서 생성된다. 지하 150~200km 이상의 깊이에서는 약 1,400도의 고온과 725,000 파스칼(Pa)의 높은 압력이 유지되는 환경에서 탄소가 결정화되어 다이아몬드를 형성한다. 흔히 다이아몬드는 킴벌라이트(Kimberlite)가 존재하는 광맥에서 발견된다고 알려져 있다. 킴벌라이트에 포함된 다이아몬드는 지하 500~700km 에서 기인, 마그마에서 온도와 압력 조건이 변화하여 결정화된 것이다. 킴벌라이트는 마그마가 지하에서 급격하게 상승하는 과정에서 생성되는 화산암으로 1톤의 킴벌라이트 암반 속에는 대략 1캐럿(0.2g) 정도의 다이아몬드가 들어 있을 것으로 보고 있다.
 

다이아몬드의 가치

다이아몬드는 인류 역사상 가장 귀중한 보석 중 하나로 여겨져 왔다. 고대 인도와 그리스에서부터 이미 다이아몬드가 귀중한 보석으로 인정되었으며, 현재는 주로 결혼반지 등의 보석으로 사용되고 있다. 또한, 다이아몬드는 산업용으로도 활용되며, 다이아몬드의 단단하고 내구성이 뛰어나기 때문에 고속 치료기구, 절삭기구, 고속도 회전하는 터빈 부품 등에 사용되기도 하며, 반도체나 광학 장치에도 사용될 수 있다. 다이아몬드의 품질은 크게 4C로 구분되며,. 4C는 컬러(color), 투명도(clarity), 캐럿(carat weight), 커팅(cut)이다. 다이아몬드를 감정하는 데 있어 가장 크게 평가하는 것은 캐럿이며, 크기가 클수록 시각적으로 가치가 높기 때문에 가격을 좌우하는 큰 요인이 된다. 평균적으로 어림잡아 1캐럿은 1000만 원, 2캐럿은 3000만 원, 3캐럿은 1억 원 전후, 5캐럿은 2억 원에서 3억 전후로 개략적으로 추정해 볼 수 있다.
 
다이아몬드의 여러 가지 성질과 생성과정 등에 대해 서술하였지만, 실제로 다이아몬드를 채굴하고 가공하는 것은 매우 어렵고 복잡한 과정이다. 또한 다이아몬드는 자연에서 생성되는 것뿐만 아니라 인공적으로도 생산되기도 한다. 다이아몬드는 인류에게 귀중한 보석 및 산업용 소재로 사용된다. 다이아몬드의 생산량은 제한되어 있어서,  보석 중에 가격이 상당히 높은 편이다. 고압과 고온이라는 매우 까다로운 조건에서 수십억 년에서 수천만 년에 걸쳐 지질학적 과정에 의해 만들어지는 다이아몬드는 세상에서 가장 단단한 물질 중 하나이며, 매우 특별한 속성을 가지고 있다. 필자는 포스팅을 작성하면서, 이렇게 오랜 기간 극한의 환경에서 생성되기도 어렵고, 고액의 가치를 지닌 다이아몬드를 평생에 걸쳐 몇 번이나 만져보기나 할 까라는 생각이 들기도 한다.